"Fordi vi kan" er selvsagt en grunn like god som noen. Mange takk for svar!
|
Hva med noen chipamper?
- Trådstarter Asbjørn
- Startdato
Diskusjonstråd Se tråd i gallerivisning
-
Jeg trykket liker på ditt innlegg fordi jeg også har noe tanker og erfaringer i samme gate. Asbjørn svarer jo forbilledlig godt og grundig, også med forklaringen på oppbygningen av Topping LA90 forsterkeren. Er det noe poeng for den "gemene hop/typisk bruker" å lage en forsterker som måler helt hinsides med mange nuller bak komma? En kategori brukere vil alltid hoppe på og kjøpe slikt utstyr på grunn av ekstreme måleresultater, meg inkludert. Men låter det bedre på alle parametre og vil musikken engasjere oss lyttere slik at vi spiller mer musikk?
Jeg har satt sammen flere chipamper og lyttet til flere nyere klasseD forsterkere, f.eks. Neurochrome/NCore/Purify baserte konstruksjoner. Ja, de låter fint på mange måter, relativt billige og pris/ytelse trolig uslåelig.
Så: Her om dagen fikk jeg tak i en eldre Dynamic Precision effekt, koblet opp, spilte en del kjent musikk og ble sittende himmelfallen, håret reiset seg på armene, ristet på hodet, kikket i taket og lurte i all verden hva er det som skjer? Anlegget ellers er det likt.
Jeg ser poenget med å få til nye world class konstruksjoner og er godt over i den kategorien som liker å lodde litt, syntes det er interessant, lærerikt og moro å få til noe nytt.Jeg er enig i at det finnes en grense for hvor mange nuller man trenger etter komma på THD. I hvert fall hvis det dreier seg kun om 2 og 3 harmonisk. Men om grensen går på 0.005 eller 0.0005 er jeg ikke sikker på. Min filosofi er egentlig bare å få støy og forvrengning så lavt at man kan se bort fra det og heller fokusere på andre ting. Den nye toppingen tror jeg det blir hardt å slå, men hvis man trenger mange kanaler hadde det jo vært moro å lage noe tilsvarende for mye mindre penger.
Betyr ikke det at det er mangler andre steder i kjedelinjen av produkter fra mikrofon ved opptak til avspilling?
Vi kan i alle fall akseptere at svakheten ikke ligger i forsterkerleddet noe mer. Disse "nøytrale" DACer og forsterkere tilfører ikke noe, dvs den ønskede "musikaliteten" forsvinner et eller annet sted fra live-opptaket til det blir avspilt. dvs vi kan kan lete videre i høyttalernes oppbygging (ref Purifi sitt arbeid).
Men innerst inne vet vi ikke hva musikkprodusenten ønsket med utgivelsen med mindre vi var der og da under opptaket og miksingen.Hadde et lite gjennombrudd i natt og føler jeg må dele for de som følger denne tråden.
Det kan hende vi er på sporet av noe nå altså. Det er fremdeles 6,5uV støy, men det skal vi prøve å få ned ytterligere.
Måtte stoppe på 70W effekt i denne omgang, men det skal gå an å tyne mer ut av den. Ikke mye harmonisk forvrengning her
Det er jo ikke så «gale» ... Jf. f.eks. Stereophile sine målinger på Benchmark AHB2 :
Benchmark Media Systems AHB2 power amplifier Measurements
Eller rettere sagt : wow !
Mvh
KJ
Siden AHB2 markedsføres som «the quietest, cleanest power amplifier on the planet» er ikke det der så verst, nei. Om jeg ikke regner helt feil er 6.5 uV støy -133 dB vs 100 W @ 8 ohm, og AHB2’s 130 dB SNR tilsvarer ca 9 uV, så dette er også allerede 3 dB lavere støy enn AHB2.
Jo takk. Vi har ikke en ferdig forsterker enda, men vi har lært en del nytt og det kan se ut som vi kommer i mål. Hva endelig stabile resultat blir gjenstår å se. Asbjørn har sikkert noen nye teorier som må testes.
I natt klarte jeg å få støyen ned fra 6,5uV til 5,8uV samtidig som jeg fikk skremt den opp til 110W i 8 Ohm. Det tilsvarer et signal/støy forhold på 134dB
Det kan se ut som det blir vanskelig å øke effekten ytterligere uten at det går ut over støygulvet, men vi får se.
Skal gjøre noen flere målinger og sammenligne med AHB2 etter hvert. Det ser i hvert fall ut til at vi skal i hvert fall ta den på støygulv. Ikke verst for en slik liten tass.
Jeg har laget kretskortet med microantenneuttak på undersiden på flere kritiske målepunkt slik at det er enkelt å koble på scopet med BNC kontakter.
Jeg er tilhenger av god avkobling, og da holder det ikke å slenge på noen lytter på kretskortet. De må nærmest mulig chippen og da kommer man ikke nærmere enn dette. Det viste seg riktignok at det ikke hadde noe å si da.....
Nærbilde av saken. Vennligst ikke legg merke til svimerkene på kondensatorene og terminalen. Det er trangt og smått og da hender det loddebolten sveiver borti plasser den ikke skal....
Sist redigert:
Neste steget nå blir å designe et nytt chipset?
- Ble medlem
- 04.02.2004
- Innlegg
- 5.299
- Antall liker
- 6.665
Den vil vel like 16ohm bedre, og du kan vel forvente å halvere effekten dvs ca 90w @ 16ohm med <1% THD+N.
EDIT: Siden med beste måledata på LA90 finnes her på kinesisk. https://www.l7audiolab.com/f/topping-la90/Sist redigert:MMusicBear
Gjest
Jeg kan så lite teknisk sett at jeg nesten ikke burde ha lov til å lese denne tråd
Til min eget trøst/forsvar; higer etter god lyd i form av at musikken blir så naturlig og sjelfull som mulig.
Er nysgjerrig på hva som skaper lydgjengivelse så både fot & tåresprett melder seg automatisk.
I bruset av Lågen-elva på Kongsberg sitter Armand og forsker/utvikler ting som gjør at utviklere i flere av verdens ledende elektronikkbedrifter burde droppet lunsjen og tatt seg en arbeidsøkt til. Samtidig som en annen nordmann for maaange år siden satt hjemme og laget til forsterkere som beskrevet over her. Ingen konflikt eller motsetninger, dette her, ei heller tviler jeg på viktigheten av antall nuller etter kommaet lest av i et måleresultat - hørbart eller ikke hørbart.
Men, hva er det som gjør og/eller ligger bak de betraktinger som Naturlig (og faktisk mange andre, opp gjennom) gjør seg med (eksempelvis) "gamle" DP produkter?
For oss som ikke rekker dere teknisk kunnskapsrike en gang til nedsiden av anklene, men allikevel higer etter stadig bedre lydgjengivelser i heimen, kan noen bidra med hvorfor fortsatt godt gammelt håndverk holder følge (og vel så det) med nyere produkter som "forskningsmessig" gruser alt det gamle?
Ikke sett oss på nye idéer nå.Neste steget nå blir å designe et nytt chipset?
Den ultimate begrensningen her er induktansen i komponentbena på LM4780. Dessuten er jo den forlengst ute av produksjon, så det er NOS som gjelder. Inntil vi evt finner på et nytt chipset. Topping bruker tydeligvis current feedback i indre loop. Hmmm….
Med induktans og current feedback burde TIM være en høyst reell risiko.
Tipper at ene og alene grunnen til at Ncore ble til er FET-er uten bein.
JADA - klarer fanken ikke legge merke til noe annet nå!
Kanskje på tide med en liten oppdatering etter sommerens forsøk. Armand har loddet og målt etter alle kunstens regler. Forrige gang endte vi på rett under 10 uV støy. Det var allerede veldig bra, men det er noen tekniske grunner til at vi mente det burde være mulig å passere AHB2 mht støy, da på topp av ASRs forsterkerliste. Benchmark oppgir 130 dB uvektet SNR og 100 W, så det må bli ca 9 uV uvektet total støy for å få de tallene til å gå opp. Det skal vi forbi, og med mer enn såvidt.
Nå er vi på et nivå hvor det begynner å bli små marginer, om vi ikke har vært det hele tiden. Ulikhetene mellom den analytiske Scilab-modellen og den numeriske Spice-modellen består i at den analytiske modellen beregner transferfunksjoner ved å multiplisere de forskjellige filterfunksjonene, men i virkeligheten danner de jo inngangs- og utgangsimpedanser for hverandre, så hvert filter oppfører seg ikke lenger ideelt når de kobles sammen. Matematikken i det er nokså hårete rent analytisk, men det blir med i den numeriske modellen uten noe problem.
Deretter er det et nytt sett ulikheter mellom den numeriske modellen og det fysiske kretskortet. Det er tildels detaljer i oppførselen av IC'ene som ikke er med i TI's Spice-modell av dem og som kan få betydning f eks nær klipping eller når det begynner å bli varmt, og tildels parasittiske kapasitanser og induktanser på det fysiske kretskortet som ikke er med i modellen. Etter hvert fikk vi en del empiriske data på omtrent hvor mye det ble i loop gain og fasedreining ved forskjellige frekvenser og kunne legge til dette + litt sikkerhetsmargin.
Hodebryet har stort sett vært ved frekvenser fra 200 kHz til 2 MHz. Kjapp liten rakker. En ting som fikk oss til å klø oss litt ekstra i hodet var en oscillering ved en litt snodig frekvens som bare oppsto når signalet kom over et visst nivå. Det viste seg at den interne gain-strukturen i kretsen kunne få drivertrinnet til å klippe ved høyt signalnivå ved høye frekvenser hvor utgangstrinnet fortsatt hadde mye det skulle ha sagt mens loop gain i kontrollsløyfen begynte å rulle av, med dertil hørende konsekvenser. Generelt bør indre loop i en komposittforsterker være en god del raskere enn ytre loop for god stabilitet, men det viste seg altså at det var noen fler viktige detaljer der.
Vi tror vi fant ut av det også, og i de siste testene ligger forsterkeren nokså stabilt på 5.8-5.9 uV støy. Det er i runde tall 133-134 dB SNR vs 100 W, og altså 3-4 dB forbi AHB2. Harmonisk forvrengning er knapt målbart. Det er mulig vi begynner å nærme oss noen grenser for kretsen der, men det kan fortsatt være mulig å klemme støyen enda litt lavere hvis vi har litt flaks.
Det kan være verdt å minne om hvor mye NFB det er i denne forsterkeren, her uttrykt som error gain rundt utgangstrinnet, indre og ytre loop kombinert. 106 dB NFB ved 10 kHz er kanskje ikke hva man markedsfører som "moderate use of global feedback". Til sammenligning, en gainclone rett fra databladet med typiske 26 dB gain.
Sist redigert:
Ballen har vært hos meg noen uker nå. Det neste vi ville få kontroll på var klipping på strømbegrensning i lave impedanser. Klipping på spenning har fungert fint lenge. I de to første grafene nedenfor klipper den symmetrisk på +/- 43 V, dvs 30.4 V RMS og 114 W i 8 ohm når toppene på sinus-kurven såvidt berører spenningsbegrensningen. Målt effekt ved f eks 1 % THD+N vil naturlig nok bli en del høyere, ettersom en sinus allerede er bra toppkuttet når den gir 1 % forvrengning. Grafene viser hva som skjer ved +/- 20 V (!) på inngangene, 9 dB gain, 8 ohm last, hhv 1 kHz og 10 kHz. Grå kurve er over lasten etter utgangsfilteret, grønn kurve før utgangsfilteret. Lilla kurve er ut av drivertrinnet. Komplett fravær av drama.
1 kHz:
10 kHz:
Men det er en litt annen historie når LM4780 treffer sin interne strømbegrensning på 11.5 A og struper ned for å beskytte seg selv. Det forstår ikke drivertrinnet og feedback-kretsen som ligger rundt forsterkeren, så drivertrinnet forsøker å piske på for å få utgangstrinnet til å følge korrekt bølgeform. Noe lignende vil skje hvis IC'en blir så varm at den termiske beskyttelsen slår inn. Driverkretsen vil se en forvrengt bølgeform ut av utgangstrinnet og dra til så hardt den bare greier for å korrigere det. Dessverre vil utgangstrinnet nekte å adlyde, så drivertrinnet vil bare drive seg selv i klipping i forsøkene på å få kontroll.
Eksempel, +/- 3 V input, 10 kHz, 20.6 dB gain, 8 ohm last:
4 ohm:
Men i 2 ohm:
Her klipper den på +/-23 V på utgangene, dvs ved utgangstrinnets strømbegrensning på 11.5 A i 2 ohm. Drivertrinnet pisker på som en gal uten at det oppnår så veldig mye. Utgangstrinnet greier nok å beskytte seg selv her, men det kan gå verre utover høyttaleren.
En tilnærming kunne jo være å ignorere hele greia og insistere på at denne tingen ikke skal brukes med last under 4 ohm. Den er virkelig ikke designet for det. Men om vi slipper den ut i verden på egen hånd kommer en eller annen før eller senere til å gjøre nettopp det, så det bør være en sikkerhetsventil her mot "påregnelig misbruk".
Så vi kokte i hop en liten sikkerhetsventil, og da blir det slik i stedet, samme signal og last som over. Grå kurve er signalet på utgangene, lilla er ut fra drivertrinnet. Det klipper jo fortsatt, men signalet på utgangene er nær en firkantbølge ved +/- 11.5 A. Spikes i den grønne kurven er fra det induktive utgangsfilteret som hikker til ved brå endringer i strømretning, forresten. Og ja, det er motsatt polaritet på denne kurven enn i forrige.
Litt lavere signal og mindre brutal klipping på strømbegrensningen, slik at kretsen rekker å hente seg inn igjen for hver periode, her 1 kHz, fortsatt i 2 ohm:
Mest sannsynlig vil eventuell strømbegrensning inntreffe i bassen, både pga spektrumet av et musikksignal og pga impedansekurven i en typisk høyttaler, så her 100 Hz, grundig strømklippet i 2 ohm:
Det der er selvsagt ren mishandling av en forsterkerkonstruksjon som egentlig er ment for å drive effektive høyttalere med 8-16 ohm impedans og 95-100 dB følsomhet, men forsterkeren bør helst ikke bli så pottesur at den setter fyr på høyttalerne i protest selv om den blir utsatt for noe slikt. Derfor, sikkerhetsventil.
Men denne sikkerhetsventilen har en liten kostnad i økt støy, siden det er et par ekstra komponenter i kretsen. Interessant nok var kostnaden mye mindre enn jeg hadde forventet, formodentlig fordi sikkerhetsventilen er inne i feedbackkretsen og dempes av ~75 dB NFB når den ikke behøver å trå til. Simulert total støy nå 6.0 uV, midt mellom Benchmark (9 uV) og Topping (3 uV). Det gir ca 134 dB signal/støy-forhold. Tidligere har Armands målinger vist lavere støy enn simuleringen, så det blir litt interessant å se om det fortsatt holder. Sist viste simuleringen 6.7 uV, mens målingen ble 5.8 uV. Om samme forholdstall fortsatt gjelder kan dette bli nærmere 5.2 uV og 135 dB SNR.
Støyspektrumet er fortsatt slik, med en viss noise shaping øverst.
Det er likevel ingen som har lyst til å høre på firkantbølger i bassen ved strømbegrensningen på 11.5 A. Om man vil ha en ren sinus ved full utstyring +/- 40 V i 2 eller 1 ohm forutsetter det hhv 21.5 og 43 A strømkapasitet. Det kan forholdsvis enkelt løses ved å sette to eller fire forsterkerkort i parallell.
Her to stk i parallell, +/- 4 V input, 20.6 dB gain, 2 ohm last, 412 uklippede watt. Den vil klippe på strøm ved 23 A, dvs +/-46 V = 32.5 V RMS = 529 W i 2 ohm. Da har den allerede klippet på spenning ved ca +/- 42 V = 29.7 V RMS = 442 W i 2 ohm, så strømklipping vil ikke skje før ved enda litt lavere lastimpedans, ca 1.8 ohm.
Vi minner også om at støyen faller med 3 dB for hver dobling av antallet i parallell, så denne dualen vil ha 134 + 3 = 137 dB SNR. En quad vil få 3 uV total støy og 140 dB SNR (i tillegg til å kunne gi smått usannsynlige 900+ watt i 1 ohm). Det vil helt ubeskjedent være et seriøst bud på tittelen som "verdens beste effektforsterker". Alt sammen i simuleringer, selvsagt, men dette begynner kanskje å ligne på noe som kan brukes også i den virkelige verden.Sist redigert:
Tingen rører på seg med ujevne mellomrom. Nå ble den manet frem fra dvale for å illustrere et poeng i en annen tråd, og da kan jeg også legge ut et par simuleringer her hvor de kanskje hører mer hjemme.
Referansepunkt, 120 dB SNR ved 5 W i 4 ohm, 10 dB gain.
Topping LA90 Review (Integrated Amplifier)
This is a review and detailed measurements of the Topping LA90 integrated amplifier. It was sent to me by the company and costs US $800. I must say, this is one interesting industrial design. Everything oozes style despite the diminutive package. This aspect continues in the operation of the...
www.audiosciencereview.com
10 dB gain, dvs 9.98 dB av hensyn til hvilke motstandsverdier som finnes i @Armands kit. 100 kHz båndbredde, -3 dB ved 109 kHz.
5 W i 4 ohm er 4.47 V rms, +/- 6.32 V p-p. 10 dB gain er 3.16x. Så vi behøver +/- 2 V input:
Denne klipper symmetrisk på +/- 45.6 V, dvs 32.3 V rms, eller 260 W i 4 ohm (130 W i 8 ohm):
Støyspektrumet på utgangene blir det vanlige:
Kanskje mer interessant, uvektet støy 20-20k Hz blir 4.41 uV, eller 120 dB SNR vs 4.47 V rms (5 W i 4 ohm). Vs fullt spenningssving 32.3 V rms er dette 137 dB SNR, eller 22.5 bits oppløsning.
Da tillater vi oss å sitere Amir fra LA90-testen:
Sist redigert:
Men uavgjort er feigt, og vi vet allerede at vi kan senke støyen med 3 dB for hver dobling av kretsen.
Så man tager fire stk, parallellkobler dem, gir dem 2 V inn i 4 ohm last, og har en hendig liten monoblokk som også kan gi 520 W i 2 ohm.
Da blir støyen slik i stedet, 2.18 uV og 126 dB SNR ved 5 W i 4 ohm:
Det er småpene 6 dB bedre enn "Incredible!" og 19.5 dB bedre enn Hypex NCx500.
Spenningssvinget er fortsatt det samme, 32.3 V rms, så dette er 143.4 dB SNR vs full power, eller 23.5 bits oppløsning. Ikke helt en "24-bits forsterker" ennå, men denne ville slått Topping LA90 i Amirs ranking med ca like mye som LA90 slo tidligere benchmark Benchmark AHB2. Vel å merke hvis den også lever opp til simuleringene som fysisk krets (og hittil har testene hos @Armand vist lavere støy enn simuleringene...)Sist redigert:
Og, bare fordi vi kan gjøre noe som veldig få andre kan:
Dropper gainet helt ned til 3.33 dB (1.47x):
4.18 uV støy for ett forsterkerkort, 2.06 uV for fire. Da er vi på 126.7 dB SNR ved 5 W i 4 ohm, og ved full effekt (om noen preamp kan levere nok spenningssving til å drive den dit med bare 1.5x gain) vil det bli 143.9 dB SNR og 23.6 bits ENOB. Da kan vi i det minste runde av til 144 dB og 24 bits med relativt god samvittighet.
Selvsagt, hvis man absolutt vil forbi 24 bits er det ikke nødvendig å stoppe ved fire kort i parallell. Om man dobler til åtte kort med 10 dB gain er det ytterligere 3 dB SNR, dvs 146.4 dB SNR og 24.0 bits ENOB, men da blir kretsen dessverre for stor til å simulere i TINA-TI.Sist redigert:
But... does it BOOGIE? Morsom øvelse men oppunder 144 dB SNR er heldigvis for alle praktiske formål uendelig mye bedre enn detekterbart Men for bragging rights så er jo 24 bit litt sånn magisk da.
Nei, si det. Nullhypotesen her er jo at tingen vil låte klin likt som alle andre tilstrekkelig gode effektforsterkere. A straight wire with gain. Det eneste vi egentlig forsøker å gjøre annerledes enn state of the art klasse D-forsterkere er større båndbredde.
Det er begrunnet i en fundering om ørets asymmetriske respons på transienter. Menn i en viss alder hører ikke så mye toner oppe ved 20 kHz, men vi skvetter fortsatt til om en kvist knekker nær oss, så den psykoakustiske hypotesen er at ørets iboende ulinearitet på en eller annen måte detekterer transienter. Vitenskapelig alibi: https://phys.org/news/2013-02-human-fourier-uncertainty-principle.html
Når jeg leser åpningsinnlegget igjen ser jeg at jeg spesifiserte 150 kHz båndbredde, ikke «bare» 100 kHz, så kanskje jeg bør se på det en gang til. Det bør være mulig i denne versjonen. Om ikke annet kan det brukes til å underholde flaggermusene.
Dessuten er det et poeng å holde gainet nede. De fleste effektforsterkere har altfor høyt gain for optimal gainstruktur i avspillingskjeden. Det koster mange bits oppløsning, og er et påfallende ignorert tema i hifi. Jeg insinuerer gjerne at grunnen til at en del grisedyre effektforsterkere har så høyt gain som 30-36 dB er at konstruktørene ikke forstår hvordan feedback-sløyfen kan gjøres stabil på annen måte. Å øke gainet er den aller enkleste utveien om man støter på oscillering og ikke forstår hvorfor, men effektforsterkere med 30+ dB gain sammen med noenlunde effektive høyttalere garanterer jo at all støy fra tidligere i kjeden forsterkes opp til potensielt hørbare nivåer. Volumkontrollen kommer knapt over «klokka ni» før det blir for høyt. Hvis man tenker gainstruktur og støygulv er det ganske ubrukelig.
I ett av innleggene fra i går kveld demonstrerte jeg at tingen vil fungere også med så lavt gain som 3 dB. Det er egentlig en større markering av bragging rights enn å nå 24 bits oppløsning. 3 dB gain og >100 dB NFB rundt utgangstrinnet er ikke en triviell øvelse. Her kjører komposittforsterkeren uansett med 3 dB gain, mens alt utover det skjer i den første gain-bufferen.
I prinsippet kan kompositten også settes opp med unity gain, 0 dB, og fortsatt være stabil, men da ble det vanskelig å få den til full utgangseffekt. I så fall må inngangsbufferen (og preampen) gi fullt spenningssving og utgangstrinnet bare være en strømbuffer, men da begrenses utgangseffekten av maksimalt spenningssving og maks forsyningsspenning over småsignalopampene, og da har vi en 50-watter i stedet for en 100-watter. Men en veldig, veldig clean 50-watter.Sist redigert:
Bare en illustrasjon på det siste: Dropper gain i selve kompositten til unity, øker gain i bufferen tilsvarende, fortsatt 9,5 dB totalt gain.
Da klipper den på +/- 35.1 V, dvs 24.8 V rms, 77 W i 8 ohm, 154 W i 4 ohm.
Den ser fortsatt helt stabil ut, her en 1 kHz firkantbølge i 4 ohm resistiv last:
Grå kurve er etter det induktive utgangsfilteret, grønn er ut av selve komposittforsterkeren. Snill som et lavpassfiltrert lam, uten noe ringing eller overshoot.
Båndbredde (-3 dB) før utgangsfilteret 160 kHz, fortsatt 106 kHz etter. Veldig enkelt å øke båndbredden til 150 kHz ved bare å løfte litt på utgangsfilteret.
Da har vi en forsterker som matcher Topping LA90 på effekt, gain og båndbredde, men støyen:
…blir 3.3 uV og 123 dB SNR ved 5 W i 4 ohm fra ett forsterkerkort. En quad får da 123+6 = 129 dB SNR ved 5 W i 4 ohm. Kremt.
Dette vil likevel ikke bli en "24-bits" forsterker, siden vi nå har ofret ganske mye spenningssving på utgangene. Like før klipping har den 137.6 dB SNR, bare 0.3 dB bedre enn versjonen med 3.3 dB gain i kompositten. Fire slike i parallell blir da 143.6 dB SNR, fortsatt "close, but no cigar". Det vi i praksis gjør her er å maksimere NFB ved lav effekt for ca 2.5 dB bedre SNR ved 5 W på bekostning av tilgjengelig utgangseffekt. "The first watt is the most important watt." Men 150 W i 4 ohm er fortsatt en ganske anvendelig forsterker.
Og i det tillater jeg meg å mene at det ligger litt "bragging rights", ja.Sist redigert:
Yes, og alt dette på komponenter som ikke lenger er tilgjengelig?
Mener å huske noe om dette ?
Når kommer en kommersielle utgave?
Ja, bare for å gjøre det hele skikkelig obskurt baserte vi dette på LM4780, en dual LM3886 chipamp i samme IC-pakke. Den gikk ut av produksjon for noen år siden. Ikke si det til noen, men tingen vil fungere akkurat likedan med tilgjengelige LM3886-chips også, bare med litt annen layout på kretskortet. Dette er et snapshot av den minst hemmelige delen av kretsdiagrammet:
Jupp, den kjører med 28 dB gain. Her inni en komposittforsterker med unity gain, inni en brokoblet effektforsterker med totalt 9.5 dB gain. Det er et par ting på veien der som ikke er helt trivielle. Jeg er selvsagt forutinntatt så det rekker, men når jeg sammenligner denne med diagrammene i patentene for sånt som Benchmark AHB2 og Halcro DM88 ser de ganske primitive ut i forhold.
Sånn, 150 kHz båndbredde:
Da forsvant også den induktive overshoot'en fra utgangsfilteret på firkantbølger:
Kommersiell utgave? Dette er et hobbyprosjekt.Sist redigert:
Så klart er det et hobbyprosjekt, men enkelte ganger trenger kvalitets hobbyinnsats et push i kommersiell retningJa, bare for å gjøre det hele skikkelig obskurt baserte vi dette på LM4780, en dual LM3886 chipamp i samme IC-pakke. Den gikk ut av produksjon for noen år siden. Ikke si det til noen, men tingen vil fungere akkurat likedan med tilgjengelige LM3886-chips også, bare med litt annen layout på kretskortet...
......
Kommersiell utgave? Dette er et hobbyprosjekt.
Vi koster på oss en graf til. Dette er error gain (NFB) rundt utgangstrinnet. Svart kurve er versjonen med 3.33 dB gain i kompositten, blå kurve den med unity gain, ca 2.5 dB mer NFB gjennom mesteparten av frekvensbåndet. Til sammenligning, grønn kurve er en helt vanlig LM3886 gainclone rett fra databladet med 26 dB gain. Jeg har markert noen punkter på kurven for unity gain-versjonen.
108 dB NFB ved 10 kHz og 91 dB ved 20 kHz er passe spinnvilt. Det er ikke hva man kaller "moderat bruk av global feedback", akkurat.
Takk for at dere deler nerdingen med oss andre, det er veldig artig og inspirerende!
PS Flere bilder av jern og innmat?
Bilder av innmat må nok vente litt til, men for heavy duty nerding kan jeg dele denne grafen av loop gain i en "ideell" forsterker fra Hendrik Bode, "Network Analysis and Feedback Amplifier Design" (1945)
... og tilsvarende fra Bifrôst, den versjonen jeg har foran meg nå. Legg f eks merke til den horisontale delen ved ca -8 dB loop gain. også markert i Bodes diagram. Noen hadde tenkt før oss også.
Etter litt mer fikling har jeg fått den "vanlige" Bifrôst ned til 4 uV støy. ("Vanlig" er her 10 dB gain, 3.3 av dem i kompositten, 115 W eller så i 8 ohm, ca 100 kHz båndbredde.) 4 uV støy er 121 dB SNR ved Amirs test med 5 W i 4 ohm, eller 4.77 V rms på utgangene, dvs 1 dB bedre enn LA90.
Forbedringen er kvantefysikk. Orntli' kvantefysikk, ikke sånn "quantum flapdoodle" som kabelprofetene holder på med.
Det er noen zener-dioder inni forsterkeren. Det viser seg at en zener-diode ved den spenningen vi behøver ikke egentlig er en Zener-diode. Ved spenningsverdier under ca 5 V opererer zener-dioder ved at elektroner tunnellerer gjennom en kvantefysisk energibarriere, kjent som Zener-effekten, men ved høyere spenningsverdier overtar en annen effekt som kalles "avalanche breakdown". Det gjør at zener-dioder ved høyere verdier enn ca 5 V er langt mer bråkete enn de lavere verdiene.
Understanding the basics of Zener diodes
efficiencywins.nexperia.com
Zener effect - Wikipedia
en.wikipedia.org
Eksempel:
Det interessante er at man kan få omtrent samme spenningsverdi ved å seriekoble lavverdi zenere som ved å bruke en enkelt med høyere verdi. Hvis man f eks setter tre 2.7 V zenere i serie (2.7+2.7+2.7 = 8.1) får man omtrent samme resultat som ved å bruke en enkelt 8.2 V "zener-diode". Omtrent, fordi det er et par andre småting der også.
En av dem er at den ekte Zener-effekten har negativ temperaturkoeffisient. Når det blir varmere vil spenningsverdien gå ned. For avalanche-dioder er det motsatt. Når det blir varmt slipper den på tøylene. Da er det noen ganske opplagte scenarier for at ting kan gå skikkelig galt.
En annen er at seriekoblede zenere har høyere motstandsverdi når de først leder strøm, noe som er en fordel der disse sitter. Dessuten ser det ut til at seriekoblede zenere har en litt mykere inn- og utkobling enn en enkelt.
Så, kvantefysikk, og det tyder kanskje på at vi begynner å nærme oss noen fysiske grenser her.
4 uV vs 30.5 V rms på utgangene er forøvrig 137.6 dB SNR (22.6 bits ENOB). Vi vet fra før at vi kan sette flere i parallell og forbedre SNR med 3 dB for hver dobling av antall forsterkerkort, så en dual får 140.6 dB (23.1 bits), en quad 143.6 dB (23.6 bits), og en octo 146.6 dB SNR. Det siste er 24 bits oppløsning, ENOB = (SNR-1.76)/6.02 = 24.06 bits. Og 100 dB båndbredde tilsvarer 200 kHz samplefrekvens ihht Nyquist, så både 24/96 og 24/192 content bør passere uskadd. Alt sammen i simuleringer, selvsagt.
Ja.Betyr dette at jeg snart må dra frem loddebolten og Bifrost-boksen
Sist redigert:
Det er eksakt hva de er, ja.
Jeg fiklet litt videre med en "LA90-killer" variant, hvor vi gir avkall på en del utgangseffekt for å maksimere SINAD ved 5 W og deromkring. Siden det fungerte så bra med litt kvantefysikk gikk jeg nå over det hele en gang til med kryogenisk behandlet englestøv mens jeg tok hensyn til både den generelle relativitetsteorien og mer spesifikk loop quantum gravity. Og selvsagt retningen på hver forbindelse, siden alle vet at traces på et kretskort er retningsbestemte og det er stor forskjell på om man klikker og drar en forbindelse fra høyre mot venstre i koblingsdiagrammet eller motsatt. Stor forskjell, bare se:
vs
.
Eller kanskje jeg bare så litt nærmere på gainstruktur, impedanser rundt et par opamper, og vred litt på noen parametre for kontrollsløyfen. Uansett, det endte med en versjon med 9.3 dB gain, siktet inn midt mellom Benchmark AHB2 (9.2 dB) og Topping LA90 (9.4 dB). Båndbredden er her 160 khz.
Den tradisjonelle 1 V firkantbølgen på input blir som forventet en 2.91 V firkantbølge på output:
Zoomet inn:
Tingen klipper nå på +/- 31 V, dvs 60 W i 8 ohm, uten spesielt mye drama:
Støytettheten ligger nå under 20 nV/sqrt(Hz) gjennom det meste av audiobåndet. Vi minner i all beskjedenhet om at databladet litt lenger oppe oppga 40 nV/sqrt(Hz) i støytetthet fra en enkelt 6.8 V zenerdiode. Total utgangsstøy 20-20k Hz er nå 2.7 uV, dvs 124.4 dB SNR vs de 5 W i 4 ohm (4.47 V rms). Hvis vi i stedet regner mot full effekt, +/- 31 V eller 21.9 V rms, er det 138.2 dB SNR.
Fra ASR's test av LA90:
Ganske likt, men her er det målt med 22.5 kHz båndbredde, så hvis vi skal være veldig strenge med oss selv er det fortsatt en dB eller så å tyne bort før vi er sikre på å matche LA90 med ett Bifrôst-kort. Men topologien er også litt ulik: Hver side av LA90 har to parallelle utgangstrinn mens Bifrôst har brokoblede utgangstrinn pr kort. Det gjør at Bifrôst har større spenningssving og større effekt både i 8 ohm (60 W vs 36 W) og i 4 ohm (120 W vs 56 W). Om vi brokobler en LA90 blir det 95 W i 8 ohm, mens to parallellkoblede Bifrôst fortsatt gir 60 W i 8 og 120 W i 4 ohm. Det er noenlunde sammenlignbare bridge/parallel-topologier.
Amir målte SNR for brokoblet LA90 slik:
Her ser vi at Amir tester brokoblet LA90 ved 8 ohm, ikke 4 ohm, så de 5 W er nå 6.32 V rms. Vår variant får da 20 log10(6.32/2.7u) = 127.4 dB for 5 W i 8 ohm med ett forsterkerkort, dvs 3 dB bedre enn i 4 ohm (logisk nok). Det maksimale spenningssvinget er fortsatt +/- 31 V, så SNR ved full effekt i 8 ohm er fortsatt 138.2 dB.
Regnestykket for parallellkoblet Bifrôst er nokså enkelt: Legg til 3 dB på tallene for ett forsterkerkort, så de best sammenlignbare tallene vi kan få til er 130.4 dB SNR ved 5 W i 8 ohm og 141.2 dB ved full power (60 W) i 8 ohm for bridge/parallel Bifrôst vs Amirs hhv 125.6 og 140.9 dB for parallel/bridge LA90. Vi gruser den ganske pent ved 5 W, som bestilt, men er bare en snutelengde foran ved full effekt (som dessuten er en god del lavere i dette tilfellet).
Vi legger også merke til at Amir gjør det litt enkelt for seg selv når han regner bits oppløsning som dB SNR/6, mens den korrekte formelen er ENOB = (dB SNR - 1.76)/6.02. Sammenlignbare tall der er 21.4 og 23.2 bits for Bifrôst vs 20.6 og 23.1 bits ENOB for LA90.
Vi har fortsatt en "nuclear option" med å sette hvor mange forsterkerkort som helst i parallell og øke SNR med 3 dB for hver dobling av antallet, så det morsomme ville vært å sette fire eller åtte kort i et chassis (fortsatt 60 W i 8 ohm for denne varianten, og derfor overkommelige krav til både strømforsyning og kjøling), men hhv 130.4 og 133.4 dB SNR ved 5 W i 4 ohm, sende den til Amir og si at "vi greier ikke å måle noen SINAD på denne forsterkeren, kan du finne den?"
OK, kanskje det bare er ingeniørhumor.
Hvis vi innrømmer at dette ikke skyldes kryogenisk englestøv i loop quantum gravity, men helt alminnelig ingeniørfag, så kan vi kanskje også være litt mer åpne om hvordan kontrollsløyfen fungerer. Loop gain i denne varianten ser slik ut:
For patentlitteraturens "person having ordinary skill in the art" er det veldig mye informasjon i de kurvene. Nokså flatt 74 dB loop gain opp til ca 10 kHz, ned til 66 dB ved 20 kHz og 36 dB ved 100 kHz. Den faller andreordens, omtrent 20 dB/dekade og litt scary ~0 grader fase, dvs 180 grader motfase av signalet. Så er det "noe" som slår inn ved ca 400 kHz, drar ned stigningen til førsteordens 10 dB/dekade og drar opp fasen til ca 60-70 grader. Loop gain passerer 0 dB ved 1,25 MHz og 66 grader fasemargin. Deretter er det "noe" som slår inn igjen ved 2 MHz og kicker loop gain til å nesten flate ut ved -7-8 dB og nesten 90 grader fase et kort øyeblikk ved 3 MHz. Deretter overtar tyngdekraften (loop quantum - see?) og det hele raser utfor, men da med loop gain trygt plassert på minussiden.
Det kan være verdt å minne om både Bode's "ideelle forsterker" fra 1945 og Barkhausen-kriteriet for oscillasjon. I simuleringen ser dette dønn stabilt ut, både i Bode-plottet av loop gain og i transientresponsen på firkantbølger. Erfaringsmessig er det noen effekter, f eks parasittiske kapasitanser og induktanser, som ikke er modellert og spiser opp en del gain- og fasemargin ved 2-3 MHz. Derimot er det også noen effekter som melder seg når utgangstrinnet nærmer seg klipping og som ikke er med i TI's SPICE-modell av LM4780/3886. Her opererer vi utgangstrinnet på så lav effekt at vi bør være på trygg avstand fra disse, så spørsmålet blir fort bare om de finere detaljer i kurvene ved 1-3 MHz har gode nok marginer.
Det skulle egentlig ikke forundre meg om denne varianten vil fungere uten oscillasjon, slik som kurvene ser ut. Den ble snillere enn jeg hadde forventet.Sist redigert:
Hvordan er disse ift electronic fog?
Tja, si det. Oppgitt 98 dB SNR vs de ca 140 dB vi leker med her…
Fra web-siden:
Armands håndlodding av knøttsmå overflatemonterte komponenter er håndarbeid så det rekker, så check.
Litt mer begripelig på samme hjemmeside:
Ja, vi har vel vært innom det poenget noen ganger, at hver dobling av antall parallelle kretser forbedrer SNR med 3 dB, så check, igjen, men det ville forundre meg om de får patent på akkurat det. Litt for mange lærebøker som nevner det allerede.
Jeg hadde ikke sett så nøye på disse før, men den er jo litt interessant:
https://aura-fidelity.weebly.com/produkt_audiophile_integra_01.html
Forstår ikke helt hvorfor de er så opptatt av inverterende/ikke inverterende (man kan jo bare bytte farge på høyttalerterminalene for å få pluss til å bli minus og motsatt), men ellers ser det ut til å være en variant av den gamle historien om hvordan NFB skaper høyereordens forvrengningskomponenter, noe som forsåvidt er sant for lave nivåer av NFB, men ikke når man kommer høyere opp. Forvrengningen fra Bifrôst, i den grad det er noen, er tilnærmet rent andre- og tredjeordens.
Siden jeg er nerd, tilfeldigvis har lest Baxandalls originalartikkel (som utleder uttrykkene for forvrengningskomponenter opp til sjetteordens og plotter dem opp til 40 dB feedback), og var litt nysgjerrig på hva som skjer over det:
Så, opp til niendeordens og 150 dB NFB, her vist som absolutt nivå (ikke relativt til signalet som hos Baxandall):
Her forutsetter vi et utgangstrinn som uten NFB har rent andreordens forvrengning, 60 dB ned fra signalet ved 0 dB NFB, og ser hva som skjer når vi øker loop gain. Opp til ca 25 dB NFB øker andelen høyereordens komponenter, men allerede før 40 dB går de lineært nedover, alle sammen. Jeg har markert sammensetningen ved 20 dB og 100 dB, og dratt en horisontal strek som representerer støygulvet ved -110 dB, Baxandalls "120 dB below the fundamental". Legg merke til at det eneste som stikker opp ved 100 dB NFB er ørlite andreordens, nå ca 115 dB ned fra signalet.
Forvrengningsfritt, ja...
Jeg får 0.005 % til å bli -86 dB. Det er 40 dB mer enn f eks -126 dB. 40 dB er hundre ganger mer.
Dessuten:
OK, flott, men hva er en servo-krets igjen?
Analog Feedback Servos
The very word "servo" implies feedback-based control. But for most RC servos, that feedback signal is not available outside the servo case. So when controlling them from a microcontroller, you never really know if the servo is doing what you tell it to do. These feedback servos have an extra...
learn.adafruit.com
Uansett, det sitter en slik utskjelt tre-trinns effektforsterker inni utgangstrinnet i Bifrôst. De fleste opamper er også bygget opp på den måten som Aura beskriver, med et differensielt inngangstrinn, et trinn som forsterker spenningen, og en strømbuffer som utgangstrinn.
Er dette en opamp eller en effektforsterker?
Fasit: Begge, siden det er en LM3886 IC effektforsterker.
Legg merke til NFB fra output til den negative siden av det differensielle inngangstrinnet. I Bifrôst er en slik chip utgangstrinnet på hver side. Så bretter vi først en feedback-loop rundt den, og deretter en til for å få tilsammen 100-110 dB NFB i tillegg til det som allerede finnes inni chipen. Det er et godt stykke forbi hva som ble ansett som "practical amount of feedback" på Baxandalls tid.
Det skinner vel gjennom her at jeg ikke uten videre er enige med folkene bak Aura. Vi har vel i grunnen gjort det meste stikk motsatt av dem.Sist redigert: -
Laster inn…
Diskusjonstråd Se tråd i gallerivisning
-
Laster inn…