Kaskode Klasse A effektforsterker

Prinsipp

Denne audio effektforsterkeren er i prinsippet et design uten global tilbakekopling. Den kan imidlertid om ønskelig konverteres til en vanlig spenningstilbakekoplet forsterker. Siden den har en ikke-inverterende (+) og inverterende (-) inngang, vil forsterkeren akseptere sanne balanserte signaler. Det er også mulig å bruke enten + eller - inngangen alene for å bruke forsterkeren for ubalanserte inngangssignaler.


Skjematisk beskrivelse

Forsterkeren er i prinsippet en transkonduktansforsterker fulgt av en buffer (strømforsterker), se kretsskjemaet nedenfor.


Strømmen fra inngangstrinnet konverteres til en spenning ved hjelp av motstanden R25. Transkonduktansen i inngangstrinnet sammen med R25 bestemmer spenningsforsterkningen.

Inngangstrinnet består av to JFET i et vanlig differentialtrinn med strømeneratoren Q10. Transkonduktansen i inngangstrinnet er gitt av JFET transkonduktansen redusert av motstandene R7,8 og potensiometeret P9. Offset-justeringen gjøres også ved hjelp av dette potensiometret. Motstandene R1 og R2 fastlegger inngangsmotstanden. Hvis en av inngangene ikke er i bruk, må den tilhørende inngangsmotstanden (R1 eller R2) kortsluttes.

Feltffekt-transistorene tåler en maksimal spenning på 40 V for å virke ordentlig. dette begrenser maksimal forsyningsspenning til omkring 32 V. Felles base transistorene Q17/Q18 er bipolare typer, og sammen med JFET inngangstrinnet danner disse et foldet kaskode trinn. Denne foldet kaskode kretsen gir en forsterker med lav forvrengning, selv uten global tilbakekopling.

Forsterkningen (med balansert inngangssignal) er omkring 34 dB. Ved å forandre på verdien til R25 kan forsterkningen endres. La verdien på R76 være omkring 10 ganger høyere enn R25. Forvrengningen er ikke bare avhengig av størrelsen på R25 alene; spenningssvinget er viktigere. Generelt vil en høyere verdi på R25 gi mer 2. harmonisk forvrengning og en lavere verdi vil gi mer 3. harmonisk forvrengning.

Strømbufferen er fullstendig symmetrisk, det første trinnet er en vanlig emitterfølger, realisert ved hjelp av transistorene Q39 og 40. Det andre trinnet er en modifisert 'Compound' emitterfølger, realisert ved hjelp av transistorene Q47,48, 55 and 56, valgt ut fra deres gode linearitet og termiske stabilitet. Det er ingen vanlig forspenningsgenerator, slik at hvilestrømmen er satt ved hjelp av motstandene R37 og R38 og strømgeneratorene realisert ved hjelp av transistorene Q33 og Q34 samt zenerdiodene D26 og 27.

Spenningsforsterkerens uregulerte strømforsyning er lavpassfiltrert ved hjelp av R57 og 58 pluss C61 og 62. Sammen med avkoplingskondensatorene C59 og 60 sørger lavpassfiltreringen for at rippel og støy på forsyningsspenningen ikke når forsterkerutgangen.

Den benyttede strømforsyningen for strømforsterkeren er felles for de to kanalene. Det er imidlertid benyttet separat forsyning for spennings- og strøm-forsterkeren, se skjemaet nedenfor.


Siden dette er en klasse A forsterker, er en felles spenningsforsyning tilstrekkelig når filterkondensatorene er store nok. Disse er av 'Computer Grade' type for å oppnå lang levetid.

Forsyningsspenningen for spenningsforsterkeren er omkring 5 V høyere enn for strømforsterkeren. Høyere uteffekt oppnås følgelig uten høyere effekttap (for samme verdi på forsyningsspenningen til strømforsterkeren). Ved bruk av verdiene i stykklisten vil denne forsterkeren yte 30 W RMS i 8 ohm. Dette krever en hvilestrøm på 1.4 A. Hvilestrømmen kan økes utover denne verdien med de brukte kjølefinnene. I prototypen er hvilestrømmen satt til 1.6 A, dette svarer til klasse A drift ved full utgangsspenning ned til en lastimpedans på 6 ohm. Verdiene på R37 og 38 setter størrelsen på hvilestrømmen.

Utlegget (sett fra komponentsiden) er vist som bilde nedenfor.

Komponentplasseringen er vist som bilde nedenfor.


Mønsterkortet måler 139x76 mm. To kort trenges for en stereoversjon. Utlegget finnes også som pdf-fil.
Stykklisten gjelder for både kretskortet og strømforsyningen.

Monteringsbeskrivelse

Med unntak av effektmotstandene er det i prototypen brukt 1/2 W metallfilm-motstander med 1 % toleranse. I prototypen er JFET'ene 2SK170BL brukt for J5/J6. JFET'ene 2SK147GR eller 2SK147BL kan brukes istedenfor. Disse har høyere interne kapasitanser og transkonduktans og er noe mer lineær. Til gjengjeld er prisen høyere. I prototypen ble det benyttet forskjellige transistorer for Q39, 40, 47 og 48 enn de foreslått i stykklisten. Dette betyr at pinneorienteringen til disse transistorene er forskjellig fra utlegget. Sjekk pinneorienteringen til disse transistorene før de monteres på kortet og fastgjøres i kjølefinnen. Transistorene Q39 og 40 kan også monteres på utgangseffekt-transistorene Q55 og 56 for bedre termisk følging (bruk termisk ledende lim).

Utgangstransistorene brukt for Q55/Q56 er det velkjente paret 2SA1216/2SC2922 fra Sanken. De er relativt lineære, hurtige og samtidig hardføre, en sjelden kombinasjon. Disse transistorene har vært på markedet i ganske lang tid nå og er brukt ganske mye i kommersielle forsterkere, og de er relativt billige. De kommer i en sjelden plastinnkapsling, noe som gjør det nødvendig å montere dem direkte på kjølefinnen. I prototypen er kretskortet festet til kjøleplaten, og transistorbenene er festet til kortet på loddesiden.

For strømforsyningen er det benyttet en felles kopperplate som jordplan. En terminal på hver elektrolyttkondensator er skrudd fast til denne platen (Husk polariteten!). Transformatorens midtpunkt (normalt er dette to ledere) er også skrudd fast til denne platen. Fra platen er det nødvendig å ha en god forbindelse til chassis. Phonosokkelens jordterminal (for ubalansert inngang) er forbundet til chassis (nær inngangen). Husk å kortslutte motstanden på inngangen som ikke er i bruk. Med balansert inngangssokkel er 0V terminalen forbundet med chassis. Jordskjermen på signalkabelen forbindes til kretskortet til punktet merket 'SG' (Signal Ground). Signalkabelens signalleder(e) forbindes til punktet merket 'IN+' (og/eller IN-) på kretskortet. Høyttalerutgangens minussokkel er forbundet med chassis på utgangen. Fra høyttalerutgangen tvinnes de to lederne og festes til kretskortet i de to punktene merket 'OUT' og 'PG' (Power Ground). Sistnevnte forbindes til minuslederen. Alle forbindelser bør være så korte som mulig. Hvis noen form for ustabilitet oppstår, er sannsynligheten stor for at grunnen er dårlig ledningsføring (f.eks. jordsløyfer).

Oppstart og justering

Det anbefales å bruke en variotransformator eller variabel likespenningsgenerator første gangen forsterkeren startes opp. Når forsyningsspenningen økes, justeres offset-spenningen på utgangen ved hjelp av potensiometeret P9 til å være tilnærmet lik 0 V DC (kortslutt R72 midlertidig). Kontroller også hvilestrømmen. Om nødvendig endre på verdien til motstandene R37 og 38. Se om mulig på utgangen ved hjelp av et oscilloskop, det skal ikke være noe annet enn støy her hvis alt er i orden. Når temperaturen øker, er det nødvendig å trimme inn offset-spenningen og se på hvilestrømmen på nytt (min. 1.40 A). Offset-spenningen på utgangen varierer, men bør ikke overstige 100 mV (med R72 kortsluttet).

Det er sørget for en servokopling for forsterkeren, utført ved hjelp av operasjonsforsterkeren E74. Ved justering og overvåkning av offset-spenningen bør motstanden R72 være kortsluttet. Ved normal bruk (med R72) skal det ikke være noen offset-spenning på forsterkerutgangen større enn operasjonsforsterkerens offset-spenning.

For 30 W prototypen kreves omkring 0.8 V RMS ved ubalansert inngangs-spenning for full utgangseffekt. Dette skulle være tilstrekkelig for de fleste moderne signalkilder. Hvis høyere forsterkning ønskes, kan R25 økes i verdi (og vice versa).

Det er to kjente problemer med denne forsterkeren. For det første er setting av hvilestrømmen ganske vanskelig siden motstander er brukt. Det kan være en ide å montere disse motstandene på loddetårn for å gjøre det lettere å bytte dem. Det andre problemet er stabiliteten til utgangstrinnet. Kondensatorene C45 og 46 skulle kurere dette problemet, og høyere verdier kan brukes. Det er ingen god ide å bruke hurtige transistorer for driverne Q47 og Q48.

Forfatteren har ikke noen måleverdier for båndbredde, forvrengning etc å presentere, siden disse måleresultatene ikke er tatt vare på.

Det er mulig å omforme denne forsterkeren til en vanlig spenningstilbakekoplet forsterker ved å bruke den inverterende inngangen som inngang for tilbakekoplingssignalet. Dette krever en tilbakekoplingsmotstand (i parallell med en kompensasjonskondensator). Verdiene på motstandene R7 ,8 og 25 bør justeres sammen med verdien på C24 for å fastlegge åpen sløyfe forsterkningen og forsterkerens stabilitet. Det overlates til erfarne konstruktører å foreta denne modifikasjonen.


 
Hjem

Copyright©2020
Knut Harald Nygaard