Prosjekt: Stereoforsterker fra "scratch"!

[ventle]

Vi er fem elektroingeniørstudenter som i forbindelse med ett skoleprosjekt skal designe, konstruere og bygge en stereo lydforsterker, fra kretsskjema til salgbart produkt. Her postes planer, fremdrift og ting vi trenger hjelp til i løpet av prosjektet

 

Ønsker du å hjelpe oss? ta gjerne en titt på aktuelle spørsmål nederst i denne posten

har du andre kommentarer, innspill eller forslag er du også hjertelig velkommen

 

Oppgaven åpner for også å lage selve kretsdesignet selv, men det er anbefalt å basere bygget på ett ferdiglaget og utprøvd design som man for eksempel kan finne på nett. Det skal uansett utarbeides en dokumentasjon av hele prosessen som forutsetter at man forstår virkemåten til kretsen. Kostnadsramme for hele designet er kroner 1000,-. Produktet skal være ferdig og klart for presentasjon 23. april.

 

Vi har nå bestemt oss for ett design å jobbe videre med. det er altså denne forsterkeren det er snakk om.

 

 

Spørsmål

- Ingen for øyeblikket

 

Oppdateringer

 

28.02.08

- Bestilling av komponenter sendt Elfa. Kostnaden ble på kroner 552,-, da er ikke transformator (som vi hadde fra før), kabinett (som vi bygger selv), kretskort (som også skal lages selv) og kontakter/terminaler inkludert.

- Volumjustering foretaes med ett 10k stereopotmeter koblet i parallell med inngangsmotstanden, før koblingskondensatoren. Valget er tatt etter konsultasjon med skolens elektronikkguru...

- 20k trimpotmeteret som skal justere bias-strømmen er erstattet av en mer fail-safe spenningsdeler med to faste motstander og ett 10k trimpotmeter, fordi ett eventuelt tap av kontakten mellom potmeteret og basen på biastransistoren kan være destruktivt for kretsen (biasstrømmen blir null)

 

30.01.08:

- vi har valgt design

- designet er satt opp i multisim og det fungerer bra for inngangssignal opp til 1V peak-to-peak (noe klipping ved 2Vpp i og med at utgangssignalet når opp mot forsyningsspenningen)

 

22.01.08:

- Chipamp, Gainclone, IC-forsterker osv. vil ikke bli godkjent og er fjernet fra forslagene

- Klasse A-forsterker er foreløpig lagt på is grunnet høyt strømtrekk og høy varmeutvikling

- Klasse D er ikke aktuelt

- Tre nye forslag hvorav det siste forutsetter hjelp fra publikum...

 

 

Følg med for oppdateringer!

"herre bli bra!"

Endret 28. februar 2008 av ventle

[SirAmp]

25V trafo? kan dere ikke bruke 12? isåfall er det lett å plukke ut av gamle ting (forsterkere fra dynga O.L)

[ventle]

designet vi tar utgangspunkt i trenger +/- 35 Volt, som angivelig oppnås med en 25-0-25 volts transformator

[Dr_VingTor]

25 volt er RMS, når du likeretter får du 25*sqrt(2)= 25V*1,414=35,35V.

det bør du kunne

 

Er det et krav at forsterkeren skal bygges med enkelttransistorer? har hørt mye bra om GainClone http://sound.westhost.com/project115.htm , så dere kan jo ta en titt på den også (eller noen av de andre, http://sound.westhost.com/projects-1.htm )

 

Ikke undervurder strømforsyningen dere skal lage, etter min mening, antagelig den viktigste komponenten i en forsterker. Store nok kondensatorer er viktige, samt en god transformator. Blir nok fort en av de største utgiftspostene, så ta en tur på dynga eller et annet sted der dere kan få tak i dette brukt om dere har muligheten.

 

Ikke vær opphengt i å ha masse watt (velger dere et design som er massevis av watt får dere antagelig ikke råd til en strømforsyning som står i stil). Selvfølgelig kommer det litt an på hvilke høyttalere dere skal bruke. For å si det slik, 1Watt lyd er i de fleste tilfeller nok. Velg heller et design som sier 20-30 watt og ha en god strømforsyning enn når som sier 100W.

 

Det finnes jo også flere typer forsterkere, klasse AB, A, D osv... klasse D er nok ikke noe en bør starte på, klasse AB er rimelig vanlig (det jeg har), men klasse A er jo litt tøft og skal i prinsippet ha bedre lyd (hvis designet er bra). Dere kan jo velge det og si at dere har noe som er bedre enn resten av klassen, og argumentere for at deres design er bedre selv om det bare er f.eks. 10-20W. Klasse A forsterkere har vanligvis en del mindre watt enn AB (mer effekt går bort i varme).

 

Selv har jeg en forsterker på 2*50W (50W i hver kanal, rør forsterker) og det er mer enn nok. Riktignok har jeg høyttalere med god følsomhet.

 

Update:

Ta en titt på http://www.diyaudio.com/ også. her kan dere sikkert finne mye bra og bra hjelp.

Endret 14. januar 2008 av Dr_VingTor

[jonnor]

Gainclones/chipamps er veien å gå i mine øyne. Mye lettere å bygge, billigere og låter minst like bra. LM3886 er en fin chip, og kan levere rundt 50W per chip. Skjekk databladet ( http://www.national.com/mpf/LM/LM3886.html ), og google litt rundt for å se prosjekter med denne. Flere chipper kan paralellkoples, eller man kan kjøre push-pull.

 

Trafo bør være ca 2-3 ganger kontinuerlig uteffekt.

Vær oppmerksom på at chassis/kjøleribbe også vil koste en del kroner.

Endret 15. januar 2008 av NorthWave

[ventle]

Takker for mye innspill

 

25 volt er RMS, når du likeretter får du 25*sqrt(2)= 25V*1,414=35,35V.

det bør du kunne

 

RMS er jeg naturligvis kjent med, men jeg mente at når man likeretter (og glatter) en vekselspenning vil likespenningen man får ut være like stor som forsyningsspenningens RMS-verdi...

35 V AC = 25 V DC (25 V RMS AC)

 

skjønner ikke helt sammenhengen her

 

Er det et krav at forsterkeren skal bygges med enkelttransistorer? har hørt mye bra om GainClone http://sound.westhost.com/project115.htm , så dere kan jo ta en titt på den også (eller noen av de andre, http://sound.westhost.com/projects-1.htm )

 

Ut fra oppgaveteksten er det nok ikke noe i veien for å bruke opamp'er eller andre forsterker-IC'er, så jeg antar en Gainclone/chipamp vil godkjennes. Prosjektet du linker til ser jo spesielt interresant ut med skjema for både forforsterker og strømforsyning inkludert. Han skriver at han bruker en 160 VA transformator, er dette tilstrekkelig for å kjøre to ~50 watts forsterkere? eller er det noe å tjene på å gå opp til 200-250 VA?

 

Antall watt har ikke vært styrende (har jo heller ikke valgt design enda). Klasse A har vært vurdert, blant annet denne, men ettersom den er oppgitt å trekke 110 watt (per kanal!) på tomgang vil den muligens by på problemer i form av varme?

 

NorthWave: noterer at du også stemmer for gainclone. Er det noen forskjeller på LM3886 og LM3876 ut over effekten de leverer? Og har du ett tips til hvor man får kjøpt egnede kjøleribber og chassis evt. Aluminiumsplater i div tykkelser/størrelser fro å bygge selv?

[-3bna]

RMS er jeg naturligvis kjent med, men jeg mente at når man likeretter (og glatter) en vekselspenning vil likespenningen man får ut være like stor som forsyningsspenningens RMS-verdi...

35 V AC = 25 V DC (25 V RMS AC)

 

Det er feil som du har skrevet her. Det skal være 25V AC = 35V DC (AC veksler mellom maks pluss og maks min der av RMS som betyr Root Mean Square) RMS er en "snitt" verdi av toppene på sinus kurven..

Når en har likerettet og glattet havner en ca 1,2 volt under som er det en likeretter diode stort sett bruker

[jonnor]

Vac*sqrt(2) gir toppspenningen på DC. Effektivverdien til spenningen over et lengre tidsintervall vil være Vdc = Vac (minus tap i likeretting).

Noe energi kan selvfølelig lagres i kondensatorene, men de kan kun levere i korte sykluser.

 

Effekten trafoen må dekke er: levert uteffekt + tapseffekt i forsterkeren (hovedsaklig varme fra utgangstrinnet). Ser vi feks på en LM3886 som leverer kontinuerlig 50Wrms i 8ohm med 2x35V Vsp, går det frem av databladet (side 14, power dissipation vs output power) at det går bort 30W i varme. Dermed må trafoen kunne levere 50+30 = 80W per kanal/chip.

 

Kjøleribber er lite avanserte greier. Kjøp en stor og god kjøleribbe, der det er billigst. Kjenner dessverre ikke til noen røverkjøp :\ Hvis det er noen spørsmål angående de termiske egenskapene, får dere bare spørre her.

Har sikkert noen praktiske tips angående chassiskontruksjon også, dersom det er ønskelig.

Endret 15. januar 2008 av NorthWave

[ventle]

joda, jeg vet hva RMS er og jeg kan også teorien for å regne ut RMS-verdien for en hvilken som helst bølge, også ikke-sinusformede. Men vær med meg på følgende tankerekke:

 

En AC-spenning med 25 Volts RMS-verdi har en amplitude på 25*sqrt(2) = ca 35 Volt. Dette betyr at den veksler mellom +35 Volt og -35 Volt i ett sinusformet mønster. Kjører man denne gjennom en likeretterbro (nå tar jeg ikke med spenningsfallet over likeretterdiodene for enkelhets skyld) får man en spenning som varierer mellom 0 og +35 Volt, med fine bueformede topper og spisse bunnpunkt. Hvis man tenker seg at overført ladning fra denne likeretterbroen er arealet under grafen (blir ikke det riktig?) og så kaller overført ladning over en viss tidsperiode for A.

 

Ta så en likespenning på 35 Volt. Grafen for denne er en helt rett strek, og arealet under den over tid tilsvarer avgitt ladning, kall arealet over en viss tidsperiode B. Hvis 25 V RMS AC etter glatting og likeretting skal bli 35 V DC må graf A og B ha samme areal. Dette er jo umulig ettersom A bare innimellom er så høy som 35 V, mens graf B hele tiden er 35 V.

 

Så hvordan kan det da stemme at 25V AC = 35 V DC etter en runde gjennom likeretting og glattekondensatorer?

 

edit - som du sikkert ser postet vi samtidig NorthWave, så jeg svarer i hovedsak på -3bnas innlegg Men om man ser bort fra effekttap, og regner med ideelle komponenter, skjønner jeg fortsatt ikke hvordan DC-verdien kan bli høyere enn RMS-verdien til AC-spenningen...

Endret 15. januar 2008 av ventle

[jonnor]

Trodde detta var VGS-prosjekt jeg, men det er det tydeligvis ikke.

Det stemmer at arealet under grafen er effekten som kan leveres i en ohmsk last. Dette kan bevises mattematisk ved at Integralet av V(t) er P(t).

 

Husk at dere jobber i prosjekt, og at det er prosjektet dere får karakter på, ikke resultatene. Et godt prosjekt har enkelte kriterier som bør oppfylles, og dette har dere sikkert vært igjennom.

Når dere er ferdig med å hente inn generell informasjon om emnet deres, og føler at forståelsen helhetlig er god, ville jeg satt meg ned og skrevet retningslinjer for designet/prosjektet (relativt abstrakte mål) og deretter en designspesifikasjon (helt konkrete, målbare spesifikasjoner).

 

EDIT:

Angående LM3886 vs LM 3876.

LM3876 er "lillebroren" til '86, og har identisk design. Men enkelte spesifikasjoner skiller noe. Tar her tak i de som er verdt å nevne (har en praktisk konsekvens), etter en kjapp kikk i databladene.

Spec: LM3886 - LM3876 - enhet

 

IOutlim (typ): 11,5 - 6 - A(min)

Vdroptot (max): 5 - 10 - V(max)

 

Den totale konsekvensen av dette er (som du har påpekt) lavere effekt ut. Men det er ikke hele "regnestykket". Ved samme effekt ut, vil LM3876 bli varmere og kreve en kraftigere strømforsyning. Ved 50W/8ohm som vi så på lenger opp vil LM3876 omsette minst 15W mer varme.

Den lave strømmen den kan levere gjør at den yter dårligere ved 4ohm. Kan bli et problem ved resonansfrekvensen til høytalerelementet, hvor impedansen er veldig lav.

 

EDIT2: Skjønte det ventle

EDIT3: Omformulerte siste setning i forrige paragraf litt.

Endret 15. januar 2008 av NorthWave

[Complexity]

Jeg hadde aldri gidda å bygge noe slikt, så må vel følge med på hvordan det går

har bygt små hodetelefonforsterkere da, funker knall

[ventle]

Trodde detta var VGS-prosjekt jeg, men det er det tydeligvis ikke.

 

nope, går andre året på elektroingeniør burde kanskje skrevet det i første post, skal oppdatere nå..

 

 

Men du vil altså anbefale å bruke 3886-brikker selv om vi ikke ønsker å hente ut mer enn 50 watt? Har jeg forstått deg rett vil disse trekke mindre effekt som går bort i varme ved samme forspenning og uteffekt?

[Dr_VingTor]

Angående RMS, 25->35volt tingen:

 

Når du bygger en forsterker og har en enkel strømforsyning (trafo, likeretter og kondensatorer) går vi ut i fra at 25 blir 35volt. Når det gjelder effekten strømforsyningen kan levere har du derimot helt rett.

 

Hvis vi har denne enkle strømforsyningen og ikke har last koblet til den vil spenningen over kondensatorene bli 35volt. når du kobler på en last vil du trekke ned spenningen og få en rippel. Denne rippelen vil vi holde liten slik at spenningen ikke avviker mye fra 35volt. Derfor må du ha en trafo som leverer vesentlig mer enn hva du trenger...

 

Vil trur at 160VA på den gainclone saken er i minste laget. jeg ville nok hat 250-300VA for 2*50W utgangseffekt.

 

Forsterker ICer oppgir ofte PSRR (power supply ripple rejection) i dB, denne verdien sier hvor godt rippelen på strømforsyningen undertrykkes. God PSRR setter mindre krav til strømforsyningen.

Endret 15. januar 2008 av Dr_VingTor

[ventle]

Angående RMS, 25->35volt tingen:

 

Når du bygger en forsterker og har en enkel strømforsyning (trafo, likeretter og kondensatorer) går vi ut i fra at 25 blir 35volt. Når det gjelder effekten strømforsyningen kan levere har du derimot helt rett.

 

Da er jeg mer med Det er ikke dette jeg i utgangspunktet nekter på, da jeg ikke har all teorien angående matematikken i strømforsyninger inne, det er heller noen av forklaringene på hvorfor det er slik jeg stusser på

 

Over til noe annet: Strømforsyningen i Forslag 2 (første post) bruker en 25-0-25 volts trafo. Farnell har supertilbud på en 30-0-30 Volts trafo som leverer 225 VA... hva vil det bety for kretsen og strømforsyningen å bruke denne i stedet? Såvidt jeg vet skal dette gi en utspenning på +/- 42 Volt fra strømforsyningen. På Nationals sider er LM3886 oppgitt å tåle forsyningsspenning fra 20 til 94 volt, da bør det vel gå rimelig smertefritt?

[jonnor]

Trodde detta var VGS-prosjekt jeg, men det er det tydeligvis ikke.

 

Men du vil altså anbefale å bruke 3886-brikker selv om vi ikke ønsker å hente ut mer enn 50 watt? Har jeg forstått deg rett vil disse trekke mindre effekt som går bort i varme ved samme forspenning og uteffekt?

 

LM3886 er en bedre chip. Ved 50W/8ohm er den betydelig bedre, så i det tilfellet ville jeg så absolutt ha godt for den. Ved annen last kan den stå litt svakere i forhold til LM3876, har ikke skjekket så nøye. Det er slik jeg ser det, ingen argumenter for LM3876. Kostnadsmessig (per chip) er den marginalt dyrere, men 15W (50%) ekstra varme er betydelig dyrere.

 

EDIT:

Hva gjelder kostnader så er selve elektronikken blant den billigste delen av en forsterker. Strømforsyning, og kjøleribbe (størrelse, vekt, varmeutvikling og strømtrekk) er det som koster i en amp. Så designer man med pris som hovedfaktor er det kun en ting som gjelder, effektivitet.

Endret 15. januar 2008 av NorthWave

[Dr_VingTor]

skulle trur det ja. forsterkeren vil bli kraftigere og kunne levere flere watt (forutsatt at strømforsyningen klarer å levere nok strøm). På den andre siden, så er det en mulighet for at lineariteten til forsterkeren øker siden du har flere watt å gå på, men som du nødvendigvis ikke utnytter. i bunn å grunn så betyr det at det bare blir bedre.

 

btw: hva er produktnummeret til den 30-0-30 volt trafoen til farnell? kanskje kjøpe noen selv om de er billige.

Endret 15. januar 2008 av Dr_VingTor

[jonnor]

Husk nå at nettspenningen her til lands normalt er 230V+-10%, dvs at en spenning på 253V fortsatt kan skje under "normale" forhold. Tomgangsspenningen på trafoen vil også være høyere noe enn oppgitt.

 

Ytelsesmessig blir det bare bedre og bedre jo mer strøm/spenning som er tilgjengelig fra strømforsyningen, så får det være opp til deg å vurdere hvor nærme "Absolute Maximum Ratings" du vil gå.

 

EDIT: er også interessert i den trafoen

Endret 15. januar 2008 av NorthWave

[ventle]

Det er denne trafoen det er snakk om. Selges ut så langt lageret rekker, antar det er fordi den ikke er RoHS-sertifisert... (mao fy-fy å bruke )

[Zalo Ultra]

hehe, dere gutter har glemt at det blir 1,4 volt spenningsfall over likeretteren. det blir 33,6 volt

 

forresten, hvem har dere som veileder? herman, stein eller valdemar?

[space17]

1,4 volt spenningsfall får man når man begynner å trekke endel strøm. Ved lavere strømtrekk kan det for bli under 1V. I tillegg er det ofte 5-10% høyere spenning fra trafoen ved ingen/liten last i forhold til oppgitt. Dette gjør at spenningen blir noe høyere enn det normalverdiene på trafoen tilsier.

 

Bruk av 30-0-30V? Nei! Blir for høy spenning. Absolutt høyeste godkjente spenning i drift for LM3886 er 84V (tatt fra hukommelsen) = +-42V. Ved bruk av nevnte trafo vil man bare komme innenfor dette i spesielle tilfeller. Man må alltid legge inn sikkerhetmarginger. Anbefalte trafoer for LM3886 er 2*18/22VAC 4/8ohm. Da er man godt innenfor og får lite problemer med varme og billigere strømforskyning.

 

Hvilke retningslinjer har dere å forholde dere til? Kan dere kjøpe halv-/ferdige kitt?

I tillfelle ville jeg sterkt vurdert klasse-D forsterkermoduler som er å få kjøpt hos bl.a. www.41hz.com Fordelen med disse er at man sparer mye på kjølebehovet som blir forsvinende liten, samt at strømforskyningen blir billigere. Dette fordi forsterkeren er mer effektiv slik at en mindre trafo kan benyttes.

 

 

space