Versterker met SAP16/17

[Mr Tube]

Omdat ik na het slopen van een paar multichannelversterkers en aardige voorraad heb van de SAP16 een 17 leek het mij wel eens leuk om daar een versterker mee op te bouwen. Dus ben ik begonnen met deze keer een stukje gaatjesprint, wellicht later een echte print maar eerst maar eens zo proberen.
De SAP16N en P zijn darlington transistoren met ingebouwde diodes voor de ruststroom, best leuke dingen die de opbouw vereenvoudigen.
De versterker wil ik heel basic houden met een asymmetrische aansturing,

In deze simulatie heb ik wegens gebrek aan modellen een traditionele darlington schakeling getekend, het gaat meer om de aansturing.
De eindtrap bestaat uit een SAP16N,SAP16P, dubbele weerstand van 0,22/5W en een instel potmeter van 200 Ohm, 4 onderdelen dus.

[Ah!buis]

Wel echt minimaal zo.Zou toch wel een nul-regeling erbij doen, fet's willen nogal verschillend uitvallen.
En voor Q7 een iets steviger geval, wordt anders nogal warm.
Anne

[Mr Tube]

Q7 gaat een BD140 worden en de stroombron een BD139, voor de Fets wordt een gematched paar gebruikt.
misschien de stroombron van de FETs instelbaar maken......

[Mr Tube]

Tot zover voor vandaag, de bedoeling is dat een stereopaartje op een printoppervlakte komt van pakweg 60 x 100mm. Nu zit alles erop behalve de ingans fets met de daarbij behorende stroombron, morgen de rest. Dat gaat dus wel lukken.

[ray5150]

Hoeveel vermogen verwacht je dat dat gaat leveren ?

[MarcelvdG]

Blaas je Q6 niet op bij oversturing in positieve richting? Zijn collectorstroom wordt dan alleen begrensd door de basisstroom en zijn hFE en bijna de volle voedingsspanning valt erover. Een diode parallel aan C2, met de anode richting Q7, zou dat kunnen oplossen.

[Mr Tube]

De maximale voedingspanning is pakweg +/- 35V waarmee 50 a 60W in 8 Ohm haalbaar is en 100W in 4 Ohm.
Voor een groter vermogen moet je andere transistoren dan de BD139/140 kiezen en de ingangs FETs in cascode zetten om de gate source spanning te beperken. De SAP16/17 kunnen 160V hebben dus daar valt best wel meer uit te halen maar dat is niet mijn doel op dit moment, ik heb aan 2x 40 a50W meer dan zat.

[Mr Tube]

Blaas je Q6 niet op bij oversturing in positieve richting? Zijn collectorstroom wordt dan alleen begrensd door de basisstroom en zijn hFE en bijna de volle voedingsspanning valt erover. Een diode parallel aan C2, met de anode richting Q7, zou dat kunnen oplossen.

daarmee heb je wel een punt, zal daar eens naar kijken.

volgens de simulatie zou de stroom nooit hoger worden dan 800uA, ook niet bij forse oversturing.

[MarcelvdG]

Het zit wat ingewikkelder dan ik schreef, want R9, R6 en de basis-collectorjunctie van Q1 doen ook mee.

Stel dat Q6 een oneindige hFE zou hebben. Bij volledige oversturing loopt de staartstroom van J1-J2 dan door R9 en geeft daarover een spanningsval van 3 V. Over R6 komt dan 3 V minus de VEB's van Q6 en Q7, dus ongeveer 1,5 V. Er loopt dat zo'n 83 mA door R6 en dus door de emitter van Q7.

Van de 83 mA emitterstroom van Q7 loopt er door de collector wat er door de collector kan lopen, dus de som van de basisstroom van Q1, de stroom door I1 en de stroom door R7. De rest moet via de basis en dus door Q6.

De stroom door Q6 wordt dus minder naarmate Q1 meer basisstroom nodig heeft. Nu draait Q1 op een verlaagde voedingsspanning. Het kan zijn dat de basis-collectorjunctie van Q1 daardoor net voldoende in geleiding kan gaan om de overtollige stroom af te voeren zodat Q6 nergens last van heeft. Het is dan wel essentieel dat het verschil in voedingsspanning voldoende groot is.

Waar dient R7 eigenlijk voor? Zo te zien verprutst hij alleen de lusversterking maar.

[Mr Tube]

R7 verprutst inderdaad de openlusversterking maar dat is ook bewust gedaan om deze duidelijk te definieren op zo'n 66dB, met een tegenkoppelfactor van 40dB wordt een soort optimum bereikt tussen muzikaliteit en vervorming. Bij een goed ingestelde ruststroom is de vervorming zonder tegenkoppeling rond de 1% en zou met tegenkoppeling op 0,02% uitkomen, ook is de openloop bandbreedte 20KHz op deze manier.

Je berekeningen komen overeen met de simulatie, heb het zelf ook nog nagerekend en ik denk dat een weerstand opnemen in de collector ook nog een optie is. Een diode zie ik niet zo zitten vanwege het feit dat de parasitaire capaciteit niet lineair is (varicap effect) en parallel aan een 10p condensator aardig invloed heeft. Wat ook kan is collectors van 6 en7 aan elkaar knopen zoals je bij veel ontwerpen ziet maar zitten ook nadelen aan ten aanzien van parasitaire capaciteiten.

[MarcelvdG]

Eventueel kun je een weerstand in de collectorleiding zetten met een condensatortje eraan parallel, dan krijg je geen last van Millereffect.

[Mr Tube]

Als je de voedingspanningen gelijk maakt dan gaat het mis, door Q6 loopt dan 55mA piek. Nu stort de Hfe ook wel in bij zo'n BCtje maar toch....
een collector weerstand van 10K zorgt in elk geval voor een begrenzing tot 3,6mA en dat zou goed moeten gaan. Uit de simulatie blijkt ook dat de vervorming ook iets lager wordt en meer de nadruk legt op de tweede harmonische. ),015% voor de 2e en de rest ligt op zo'n 20dB lager.
tijdens normaal bedrijf is de stroom zo laag dat het miller effect haast geen rol speelt (ca 1V over de collector weerstand, een condensator parallel kan weer voor hoge stroompieken zorgen dus dat doe ik liever niet.

[Rudy]

Je berekeningen komen overeen met de simulatie, heb het zelf ook nog nagerekend en ik denk dat een weerstand opnemen in de collector ook nog een optie is. Een diode zie ik niet zo zitten vanwege het feit dat de parasitaire capaciteit niet lineair is (varicap effect) en parallel aan een 10p condensator aardig invloed heeft. Wat ook kan is collectors van 6 en7 aan elkaar knopen zoals je bij veel ontwerpen ziet maar zitten ook nadelen aan ten aanzien van parasitaire capaciteiten.

Dat effect word door meerderen als een probleem aanzien en is zwaar overdreven, diodes zoals een BAS21J hebben een maar een een variatie van hun capaciteit van +-0.1pF over een bereik van 50V, dat de capaciteit het grootst is bij 0V over de diode is van geen belang want op die moment ben je aan het klippen. Dit verhoogd de vervorming vanaf ~-2dB tov clipping, maar je wint een zachte vorm van klippen, wat een enorm pluspunt is.

Dat gezegd hebbende, dat is leuk in versterkers met een symmetrische vas, in jouw geval minder aantrekkelijk.

Een ander puntje, die 10mA van je VAS is de absoluut maximum !!! voor de bias diodes.

mvg Rudy

[Mr Tube]

De stroom door de diodes is inmiddels teruggebracht tot 8mA en misschien ga ik nog wel een stapje verder terug in het definitieve ontwerp.
De eindtrap vraagt in de pieken ca 10A/5000 = 2mA worst case.
Over het algemeen kies ik een zo hoog mogelijke stroom in de VAS om een ruime marge te behouden, deze zal dan zelfs bij 1 Ohm belasting niet zo snel adem te kort komen. Dit zal nooit gebeuren want dan gaan de SAPs denk ik wel stuk, die kunnen slechts 15A hebben.

De diode komt er toch in, inderdaad is de invloed niet zo groot en het clipgedrag wordt wel netjes zo met 16mA piekstroom in de VAS.

[Ah!buis]

Ook nog even meedoen
Met een transistor erbij begrens je tot zo'n 30mA.Kunt natuurlijk ook nog R6 iets groter nemen.
Nulinstelling , ook wel handig.
En die 6k8 gesplitst, minder stroomverandering in de ruststroominstelling.En wat groter, pikt anders nogal wat stroom voor de darlingtons weg.
Anne

[Mr Tube]

Dank voor het meedenken, inmiddels heb ik voor de diodetruc gekozen de de voeding voor de VAS nu een volt lager dan de eindtrap. (eindtrap op 33V)

Ik vind het oversturingsgedrag nu wel heel netjes zo

geen rare spikes of ringing effecten of hoge piekstromen.

[Mr Tube]

Niemand opgemerkt dat ik de onderste eindtorren niet benoemd had?
nu wel en de stroombronnen ook maar mee gesimuleerd met een beter resultaat wat betreft de vervorming en het clipgedrag.
De voeding komt nu overeen met de DCDC converter die ik wil gebruiken. +/- 27V

vermogen met deze voeding is
55Wrms in 4 Ohm
30Wrms in 8 Ohm
THD 0,002% waarvan 2e harmonische dominant

ben benieuwd of de Analyzer vergelijkbare vervormingscijfers laat zien, zit wel aan de grens van zijn meetbereik......
maar belangrijker zijn de luistertesten!

[Mr Tube]

Wat betreft de nulpunt instelling, gewoon R14 regelbaar maken, de stroom door de ingangsFET is vast en via de stroombron regel je het totaal tot deze door beide FET's gelijk is of de uitgang op nul staat.

[Ah!buis]

Kan ook, maar is niet tot de stroom in beide fet's gelijk is.Wel totdat de twee Vgs gelijk zijn.Hoeveel stroom er dan door J2 gaat valt af te wachten, die door J1 is voornamelijk bepaald door R9,R6 en de stroombron voor de stuurtrap.Kan mee/tegen vallen.
Anne

[PimDriessen]

Hoi Mr Tube,
Waarom heb je de voortrap voeding lager genomen dan de voeding voor de eindtorren, moet dat niet andersom?.
Groet,
Pim

[Mr Tube]

Hoi Mr Tube,
Waarom heb je de voortrap voeding lager genomen dan de voeding voor de eindtorren, moet dat niet andersom?.
Groet,
Pim

Als de versterker uit een voeding gevoed wordt van +/-27V dan zal de voortrap altijd iets lager zijn vanwege wat extra filtering met weerstand en elco.
Zo simpel wil ik namelijk houden. Het kost wel iets in vermogen maar dat is niet zo belangrijk, voordeel is wellicht dat je de eindtorren niet in verzadiging kan sturen.

[Mr Tube]

Kan ook, maar is niet tot de stroom in beide fet's gelijk is.Wel totdat de twee Vgs gelijk zijn.Hoeveel stroom er dan door J2 gaat valt af te wachten, die door J1 is voornamelijk bepaald door R9,R6 en de stroombron voor de stuurtrap.Kan mee/tegen vallen.
Anne

Niet als je FETs matched, dan moeten ze min of meer gelijk uit komen

[Ah!buis]

Kan ook, maar is niet tot de stroom in beide fet's gelijk is.Wel totdat de twee Vgs gelijk zijn.Hoeveel stroom er dan door J2 gaat valt af te wachten, die door J1 is voornamelijk bepaald door R9,R6 en de stroombron voor de stuurtrap.Kan mee/tegen vallen.
Anne

Niet als je FETs matched, dan moeten ze min of meer gelijk uit komen

Zal best goed komen.
Was dat je zei zo de stromen gelijk te krijgen, dat is 't juist niet.
Anne