Den ultimate stepdown fra effekttrinn til linjenivå???

[Snickers-is]

Et stadig tilbakevendende problem når det gjelder bruk av subwoofere tilkoblet høyttalerutgangene på effektforsterkeren er de faste potensialnivåene. For eksempel har de fleste som lager slike subforsterkere en mer eller mindre direkte forbindelse til spenningsnivåer i selve subforsterkeren, eller enda verre, til jord. Et sekundært problem er når det er forbindelse mellom minusene fra hhv høyre og venstre.

Dette er problemer som oppstår på brokoblede og balanserte forsterkere, og det er jo ikke så rent få. Det muliggjør også strøm gjennom signalbanene.

Min tanke er:
- Motstandsbrygge/spenningsdeler, separat for L og R kanalene. Opp til for eksempel 100V RMS inn, max 20V RMS ut. Lastimpedans, ca 100 ohm.
- Signalet går videre til en signaltrafo med forhold 21+1)(bal), max 20 V inn og max 10V ut, balansert. Utgangsimpedans på ca 20 ohm, stemmer ikke det?
- Så kan signalet gå videre til en vanlig RCA eller XLR-inngang.

Noen synspunkter på:
- Denne måten å løse det på?
- Valg av lastimpedans?
- Valg av spenningsnivåer?
- Behov for kjøling?
- Valg av forholdstall på trafo?
- Valg av utgangsimpedans?
- Andre ting?

 

[Snickers-is]

Og en ting til. Er det noen som kjenner til problemer a-la ustablie forsterkere ved høy impedans i bassområdet? Kunne jeg like gjerne kjøre 470 ohm for eksempel? Jeg ser jo mange kjører 13 ohm, men det forekommer meg å være sløsing med energi.

 

[permorten]

Har benyttet en lundahl LL7905 mikrofontrafo ( feil vei) i hver kanal ( nå har jeg faktisk 4 stk, til to stereo effekttrinn)

http://www.lundahl.se/pdfs/datash/7905.pdf

omsetningsforholdet gir et litt høyt signal nivå , men da jeg bruker pa trinn her ( crown xti) virker det overraskende bra.

bassforsterkeren blir jo på en måte "kortsluttet " på inngangen av trafoen og virker helt stabil og om jeg f.eks skrur av hovedforsterkeren vil jo ingen dc eller annet et nedtransformert signal komme igjennom.
mvh
per morten

 

[Snickers-is]

Det høres ut som om du bekrefter at dette er en god løsning?
Kjører du noen motstander i kretsen?
Hvordan opplever du dynamisk kapasitet og lavfrekvensytelser?

 

[KJ]

Ang. belastnings-/inngangsimpedans. Jeg tror det viktigste hensynet her er belastbarheten/effekttålig på komponentene 100V RMS inn i 100 ohm - you do the math - men ta hensyn til «impedansomformingen» i trafo.

Mht. utgangsimpedansen fra en slik «step-down» løsning så er det meste under ca 1K ohm ganske uproblematisk ift påfølgende kretser, git at kabelstrekket i mellom ikke er langt og kabelsalaten er rimelig ufølsom for innstrålt støy. En trafo løsning er antagelig det beste, men en std. differensiell forsterker (a.k.a. instrument forsterker eller mikrofonforsterker) - evt. to dersom du skal ha differensiell utgang - med f.eks. 100:1 attenuator foran og 1X forsterking tror jeg også kan gjøre en tilfredsstillende jobb. Uansett hvilken løsning du velger så vil det være en fordel å legge på noe spenningsbegrensing enten ut (i tilfelle trafo) eller inn (ved bruk av elektronisk forsterking) på step-downløsningen.

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

100V blir 100W, men i praksis 1/8 ved normal musikk. Om boksen er i stand til å kvitte seg med 50W skulle det gå bra. Så vidt jeg husker har Martin Logan 13 ohm. Vet ikke hva REL, SVS, Velodyne og slike har men...

Med trafo kan man evt lage en 6dB switch som kobler ut og inn noen viklinger på trafoen. En kan også endre på inngangsimpedansen og dermed spenningen inn på trafoen. Jeg tror det er bedre enn spenningsbegrenser. Forøvrig må jeg nok ha trafo da hele poenget er å skape galvanisk skille. Alternativet er kondiser, men da må jeg nok ha en aktiv krets for ikke å få veldig ulinear utgangsimpedans.

Tror du det trengs ekstra spenningsbegrenser, og har du evt forslag til hvordan det kan løses? Du snakker vel neppe om en zener?

 

[Rhesus]

Det er en fin løsning, og du må:

Velge trafo (størrelse) i forhold til maks utspenning i forhold til frekvens for å sikre forvrengingsfri overføring.
Så må du dempe innsignalet med motstander. Motstanden i paralell med primæren må velges i forhold til primærinduktans slik at du får den avskjæringsfrekvens i bassen som du vil ha.

Seriemotstanden blir gitt av dempingen du ønsker. Hvis du vil variere dempingen, må du variere denne motstanden.

 

[KJ]

...
Med trafo kan man evt lage en 6dB switch som kobler ut og inn noen viklinger på trafoen. En kan også endre på inngangsimpedansen og dermed spenningen inn på trafoen. Jeg tror det er bedre enn spenningsbegrenser. Forøvrig må jeg nok ha trafo da hele poenget er å skape galvanisk skille. Alternativet er kondiser, men da må jeg nok ha en aktiv krets for ikke å få veldig ulinear utgangsimpedans.
...

Trafo eller elektronikk avhenger mest av 1) galvansik skille eller ei, og 2) ekstra ting og tang (PSU) til en elektronisk løsning. En elektronisk løsning med en god differensiell inngang behøver skjeldent et galvannisk skille ift. utgangen på et effkttrinn.

...
Tror du det trengs ekstra spenningsbegrenser, og har du evt forslag til hvordan det kan løses? Du snakker vel neppe om en zener?

Better safe than sorry. Høy- og lavnivåinngangene på en kommersiell subb bør ha nivåbegrensning i innebygd, men man vet aldri. Hvordan dette gjøres avhenger litt av hva du har å leke med. Dersom du skal bruke en «differensiell» attenuator kan du evt. sette en passende spenningsbegrensningt på utgangen, belastningen av effekttrinnet blir ulineær når den slår inn men det er ganske marginalt dersom lasten i attenuatoren er mer enn 100 ohm. Aktuelle alternativer her er VDR, TransZorb, TransGuard, bipolar Zener mv. Zener har i denne sammenhnegen et ufortjent dårlig rykte IMHO. Fordelen med halvledere i denne jobben er at de har et skarpere tilslsag og mer effektiv beskyttelse for høye spenninger sammenliknet med f.eks. en VDR. Det kan være vanskelig å finne en VDR som har passende kombinsajon av abreidsspenning vs beskyttelses-/tilslagsspenning. Dersom du går for en elektronisk løsning så er det enkleste å koble inngangene via to «reverse biased» dioder til forskyningsspenningene, forutsatt at det er nok impedans på innput siden til å begrese strømen i gjennom diodene når de slår til.

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Men hvordan var det med zener igjen, leder ikke de i lederetningen som en vanlig diode og "bryter sammen" over en viss spenning i sperreretningen? I såfall må jeg ha 2 i serie mot hverandre?

Kan de gi lekkstrøm, ulinear oppførsel osv av noe slag eller sperrer de 100% under spenningsterskelen?

Det høres for meg ut til at jeg kan gjøre omtrent som følger:

På input har jeg en spenningsdeler.

Under 300W kjører jeg ca 80 ohm i serie med ca 20 ohm.

Over 300W kjører jeg ca 180 ohm i serie med ca 20 ohm.

Valg mellom over/under 300W gjøres med en bryter.

Impedansen inn på trafo må sjekkes mot trafotype.

Inn på trafo primær kobles på begge sider av 20 ohms motstanden.

Over trafo primær kobles to 16V Zenere mot hverandre. Dette gir sperre ved 400W (800W DC) i <300W setting og 1600W (3200W DC) i >300W setting.

Dette gir imidlertid en strøm på over 0,8A, bør man da ha en transistorstyring eller finnes det zenere som takler dette bra?

En alternativ variant kan være å sette en 0,8A rask sikring i serie med motstandene. Den løser også rimelig raskt ut og da vet man at man har overbelastet boksen.

På sekundær tappes signalene etter hva man finner mest gunstig, primært med en balansert output.

 

[KJ]

Men hvordan var det med zener igjen, leder ikke de i lederetningen som en vanlig diode og "bryter sammen" over en viss spenning i sperreretningen? I såfall må jeg ha 2 i serie mot hverandre? ...

Jepp, alternativt en TranZorb (trur eg dei heiter) som er to sammenkoblede Zenerdioder med felles Katode (trur eg det var) - dvs den er bipolar.

...
Kan de gi lekkstrøm, ulinear oppførsel osv av noe slag eller sperrer de 100% under spenningsterskelen?
...

Det vil være noe lekkstrøm (se etter Ir@Vr i databladene eller Izk som ofte er laveste «tilslagsstrøm», til glede og forvirring så kan Ir også være maksimal «zurge current») og andre uhumskheter - sjekk databladene. Kapasitansen er typisk i område omkring 100pF og lavere for zenerdioder med omkring 1W og over ca 10V.

...
Det høres for meg ut til at jeg kan gjøre omtrent som følger:

På input har jeg en spenningsdeler.

Under 300W kjører jeg ca 80 ohm i serie med ca 20 ohm.

Over 300W kjører jeg ca 180 ohm i serie med ca 20 ohm.

Valg mellom over/under 300W gjøres med en bryter.

Impedansen inn på trafo må sjekkes mot trafotype.

Inn på trafo primær kobles på begge sider av 20 ohms motstanden.

Over trafo primær kobles to 16V Zenere mot hverandre. Dette gir sperre ved 400W (800W DC) i <300W setting og 1600W (3200W DC) i >300W setting.

Dette gir imidlertid en strøm på over 0,8A, bør man da ha en transistorstyring eller finnes det zenere som takler dette bra?
...

Elfa leverer 50W zenerdioder på 12V, de er noget dyre. Dersom du kan begrense effekten til 5W så blir det enklere og billigere (større utvalg av Z-spenninger).

...
En alternativ variant kan være å sette en 0,8A rask sikring i serie med motstandene. Den løser også rimelig raskt ut og da vet man at man har overbelastet boksen.
...

Velg evt. en «ultrarask» sikring og med noe mindre strøm enn beregnet - det er topp spenningen du skal begrense av hensyn til påfølgende elektronikk og dersom sikringa er et millisekund for sent ute så er den for sent ute, og du er prisgitt hvilke toleranser påfølgende utstyr har ift for høye spenninger på inngangen.

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Egentlig burde det hele enkelt kunne løses med en 20:1+1 trafo med rikelig inngangsimpedans da, evt med et par alternative primærtapninger også. Spenningen elektronikken tåler inn er jo gjerne skyhøy ift klippespenningen.

 

[KJ]

Egentlig burde det hele enkelt kunne løses med en 20:1+1 trafo med rikelig inngangsimpedans da, evt med et par alternative primærtapninger også. Spenningen elektronikken tåler inn er jo gjerne skyhøy ift klippespenningen.

Dersom du dimensjonerer slik at maks innspenning gir ca 1 VRMS ut, og uansett vesentlig mindre enn ca 10V RMS, så er sikring ift overspenning antagelig ikke det største behovet.

Inngangsimpdansen i en trafo (uten termineringsmotstand på primærsiden) er som kjent avhengig av koblingsforholdet mellom primær- og sekundærviknling (normalt like oppunder 1), viklingsforholdet mellom primær og sekunder, og belastningen på sekundærsiden - bibetingelsen er at effekt inn i en transformator er lik effekt ut, korrigert for koblingen (tap) mellom viklingene. Transformasjonsforholdet for impedansen fra sekunder til primær er viklingsforholdet opphøyd i to. Belaster du en «step down trafo» med 1K på sekundærsiden og viklingsforholdet er 10:1, så er med andre ord impedansen på primærsiden 100K. «Rikelig inngangsimpedans» kommer av viklingsforholdet og belastningen på sekundærsiden.

Utfordringen kan være å finne en trafo som tåler tilstrekkelig høy spenning inn og tilstrekkelig strøm ut uten å gå i magnetisk metningt - en mulighet kan være trafoer beregnet for 100V linjer - disse er imidlertid beregnet på å bli belastet med «normal» HT last, hvordan de oppfører seg med resistiv last på omkring noen Kohm vet jeg ikke.

mvh
KJ

 

[permorten]

hei igjen

ja jeg forsøkte først med en boks hvor jeg kunne kjøre bare trafoene eller trafoen pluss ett enkelt dempeled ( L ledd) noe jeg fant på nettet, motstand i serie+paralell.

resultatet var entydig , bedre med kun trafoen innkoblet, jeg ble egentlig overrasket over hvor godt det fungerte.

jeg ser at min løsning kan bli et problem med tungdrevne høytt./ følsomt effektrinn til bass, at du kan få overstyring der.
Utvalget av dsp`er og høyttaler prosserorer er da mye større i pa verdenen og gode effektrinn til bass ( crown i-tech ?) er også lett tilgjengelige.

per morten

 

[permorten]

jeg har jo ikke kjørt noe a-b test og sammenlignet med f.eks. å ta signal fra en pre amp.

mine høyttalere har en følsomhet på ca 88 db/ 4 ohm, og når jeg skrur skikkelig opp er det nok heller effektrinnet som ikke klarer mer ( 300w/4 ohm )og begrenser output til basselementene og derav også signalet til trafoen. tror vel selvsagt at en mer følsom høyttaler og mindre belastning av trafoen hadde vært bedre - men det får bli neste gang..

http://home.online.no/~pem-g/index.cfm

 

[Snickers-is]

Meget interessant tanke dette med installasjonstrafo.

Jeg ser på en Atlas 70V trafo. Den er oppgitt til 30Hz nedre grensefrekvens. Vil jeg kunne få halve grensefrekvensen om jeg dobler eller firedobler lastimpedansen? Vil jeg eventuelt påvirke grensefrekvensen ved å sette på en motstand i serie med trafoen på primærsiden?

Så vidt jeg kan se er nedre grensefrekvens i hovedsak kun metningsstyrt, noe som i mitt tilfelle burde være temmelig uproblematisk. Men hvordan håndterer en slik trafo for eksempel en frekvens på 5Hz? Når begynner systemet å se spoleresistansen i stedet for den transformerte inngangsimpedansen? Er det også metningsstyrt? Gjelder forholdet 2x for dobling av effekt og 4x for dobling av spenning når det gjelder metning og 1/2 spenning ved halvering av frekvens? Altså, om jeg aldri overstiger 8W på en 32W trafo får jeg halvering av nedre grensefrekvens?

 

[Rhesus]

Meget interessant tanke dette med installasjonstrafo.

Jeg ser på en Atlas 70V trafo. Den er oppgitt til 30Hz nedre grensefrekvens. Vil jeg kunne få halve grensefrekvensen om jeg dobler eller firedobler lastimpedansen? Vil jeg eventuelt påvirke grensefrekvensen ved å sette på en motstand i serie med trafoen på primærsiden?

Så vidt jeg kan se er nedre grensefrekvens i hovedsak kun metningsstyrt, noe som i mitt tilfelle burde være temmelig uproblematisk. Men hvordan håndterer en slik trafo for eksempel en frekvens på 5Hz? Når begynner systemet å se spoleresistansen i stedet for den transformerte inngangsimpedansen? Er det også metningsstyrt? Gjelder forholdet 2x for dobling av effekt og 4x for dobling av spenning når det gjelder metning og 1/2 spenning ved halvering av frekvens? Altså, om jeg aldri overstiger 8W på en 32W trafo får jeg halvering av nedre grensefrekvens?

Nedre grensefrekvens er styrt av primærinduktansen sett i forhold til kildeimpedansen. Den kortslutter primæren med sin induktans. Hvis du setter en motstand i serie, så øker du nedre grensefrekvens. Primærinduktansen er den induktansen du måler over primæren med sekundæren åpen.

Hvis du nærmer deg metning, så øker distorsjonen. Også den er avhengig av kildeimpedansen, høyere kildeimpenas = høyere distorsjon.

Hvis du laster sekundæren, senker du øvre grensefrenvens, fordi trafoen har en lekkinduktans som kommer i serie, slik at den blir et lavpassfilter. Det kan noen ganger være lurt å simulere litt i spice med en modell av trafoen. Da kan du eksperimentere med diverse kompensering for å rette ut frekvensgangen.

Når noen spesifiserer nedre grensefrekvens for en transformator, er det i forhold metning av kjernen ved nominell spenning. 30Hz på en 70V trafo betyr at den ikke går i mentning selv om du skulle kjøre 70Vrms i den ved 30Hz.

'Et' (Spenning*tid) er en induktans (primærviklingen f.eks.) evne til å 'ikke gå i metning' ved påtrykt spenning. Det er målt i Voltsekund. Det betyr at hvis du halverer spenningen, så kan du holde på dobbelt så lenge, eller halvere frekvensen om man vil. Men det er relatert til metning, og ikke frekvensrespons.

 

[Snickers-is]

Jeg har sett eksempler på en enkel spenningsdeler med 10k og 1k motstander, det gir et 1/11-forhold stepdown men ikke noe galvanisk skille. Imidlertid gir det en lastimpedans på nesten 11kOhm. Hvis dette er uproblematisk for effekttrinnet, noe jeg vil tro så lenge dette er kun i bassen, skulle det bety at man like gjerne kan lage DC-sperre og galvanisk skille med en slik spenningsdeler, samt en kondensator på hver av polene ut. Finnes det noen skikkelig gode grunner for å velge trafo fremfor en slik løsning?

 

[Rhesus]

Det finnes en god grunn til å bruke trafo, og det er balansering. Den klarer mye common mode spenning, og balanseringen av impedanser er omtrent perfekt, selv om kilden din er ubalansert.

Bruker du trafo riktig, er du sikker på å ikke få brumproblemer. Hvis du ikke har trafo, må du bruke elektronisk balansering, som er helt ok, så lenge du holder common-mode spenningene innenfor tillatte grenser. Det er ikke sikkert du kan garantere dette.

Thatcorp 1200 serien er imponerende trafo-erstattere, og CMRR er ganske bra (70dB) selv med 600 ohms ubalanse, vel og merke ved maks +-10V common mode.

 

[Snickers-is]

Hvor dårlig blir egentlig en balansert output basert på en enkel spenningsdeler?

 

[KJ]

Hvor dårlig blir egentlig en balansert output basert på en enkel spenningsdeler?

... ehhh ... hva er spørsmålet?

Som kjent er presisjonen i en attenuator er definert av presisjonen i motstandene. 1% motstander gir potensielt CM feil som er 40 dB under signalet, 0,1% gir 60 dB etc. litt avhengig av omstendigheter. dvs utgangsimpedans og inngangsimpedans påvirker CM-feil.

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Spørsmålet går ut på om man kan tappe signalet på to poler og ta ut en tredje mellom to motstander i serie koblet mellom de to polene. Det kan man selvsagt, spørsmålet er selvsagt da om det gir noen potensielle problemer utover toleranse på motstander. Det skulle jo være en smal sak å bruke noen ganske nøyaktige motstander på dette. CMRR på sub er vel heller ikke den mest kritiske faktoren.

En umiddelbar fordel med dette er jo at utgangen har en spenning som er like høy for bal og ubal. Dermed vil man ikke tape de sedvanlige 6dB ubal.

For eksempel 0,6W 0,1% metallfilm på 2x100 ohm skulle gi 0,25W pr motstand ved utspenning på 10VRMS. I praksis vil man aldri ligge der, mer realistisk er at man befinner seg 12dB lavere i snitt maximum, noe som innebærer 2,5V og 0,016W pr motstand.

 

[Snickers-is]

Det blir kanskje litt tydeligere på denne måten?

 

[KJ]

Asymetriske kildeimpedanser (node 3 og 5 ift. 4)? Det kan gi problemer med CM.

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

1: Vil ikke det først være et problem med lengre kabelstrekk der støy faktisk er et problem?

2: Vil ikke 3-4 og 4-5 begge "se" en impedans lokalt på 50 ohm som videre "mates" av de store motstandene + de to 100-ohms motstandene på den andre flanken? Altså 44,9 ohm ut av 3-4 og 4-5 ved 50 Volt setting og 47,4 ohm ut av 3-4 og 4-5 ved 100 Volt setting? dette er jo tross alt en lukket krets også på primærsiden da forsterkeren i praksis forbinder 1 og 2, blir det ikke sånn da?

 

[Snickers-is]

Jeg bør kanskje presisere at 3=signal +, 4=signal jord og 5=signal -.

 

[KJ]

Sett opp koblingen i SPICE og se hva som skjer.

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Det var interessant ja! Ble en del mods der. Forøvrig var den impedansbalansert slik den er tegnet.

 

[Snickers-is]

Hva slags signalnivå bør jeg legge meg på ut? Jeg har testet litt og lagt meg på +/- 3,5 Volt ved max input signal. Det er balansert, hva med ubalansert? Bør jeg kjøre fulle 7 Volt eller tappe det halve?