Slutsteget kommer att finnas i både fräst kretskort och tejpat bandkretskort.
Detta slutsteg tog jag fram för mätapparaten Matrojig-S. ”S” står för Singelström, dvs bara plus och minus. Normalt använder man ”plus – noll – minus” till slutsteg som skall ha låg distorsion. Men en sådan konstruktion tar upp stor plast, är dyrare och så måste man hålla på mer med 230v. För att komma undan sådana problem så låter jag detta slutsteg bara ha singelström. Dessutom skall/kan man använda billigt switchat nätaggregat till denna eftersom jag optimerar den för sådant nätaggregat. För att mäta bra med switchat nätaggregat och singelström har jag lagt ner mycket tid och läsande om slutsteg för att nå fram till målet.
Switchat nätaggregat:
Slutsteget kan byggas i tre versioner:
- Fräsa ut kretskortet i en CNC-fräs.
- Etsa ut kretskortet.
- Bygg en kopparbandversion av kretskortet, detta är enklast för de som inte kan fräsa eller etsa.
I övrigt är allt samma.
Måste vara noggrann med interna anslutningar
Efter att ha byggt ett antal slutsteg och testat började jag med att separera jorden och andra signalvägar mer på kretskortet. Där det gick göra ledningarna korta gjorde jag så. Kondensatorn på 100nF som skall koppla ihop två ben på IC-kretsen placerar jag på denna så nära benen som möjligt och fyller banorna med lödtenn. Här är en bild på vad jag menar med separerade banor:
Den översta bilden är det vanliga.
Den undre bilden är så som jag gjort med detta slutsteg.
Det som händer med den översta bilden är att lågnivåström kopplas till en plats där starka strömmar flödar. Då uppstår risk för att slutsteget börjar partiellt oscillera med förhöjd distorsion, höjd värme och minskad effekt som resultat. Det är inte mycket det skiljer vid så här låg spänning som denna kan jobba med (max 30v) men räcker för att inte nå toppresultat i låg distorsion.
Vad säger tillverkaren av LM1875 om detta
LM1875 är designad för att vara stabil när den drivs med en sluten förstärkning på 10 eller mer, men som med alla annan högströmsförstärkare kan LM1875 fås att svänga under vissa förhållanden. Dessa involverar vanligtvis kretskortslayout eller utgångs-/ingångskoppling.
Korrekt layout av kretskortet är mycket viktigt. [..]När man utformar en layout är det viktigt att återföra belastningsjorden, utgångskompensationsjorden och lågnivåjorden till kretskortets jordpunkt genom separata vägar. Annars flyter stora strömmar längs en jordledare kommer att generera spänningar på ledaren som effektivt kan fungera som signaler vid ingången, vilket resulterar i hög frekvensoscillation eller överdriven distorsion. Det är tillrådligt att behålla utgångskompensationskomponenterna och 0,1 μF matar frånkopplingskondensatorer så nära LM1875 som möjligt för att minska effekterna av PCB-spårens motstånd och induktans. Av samma anledning bör jordreturvägarna för dessa komponenter vara så korta som möjligt.
Ibland kan ström i utgångsledningarna (som fungerar som antenner) kopplas genom luften till förstärkaringång, vilket resulterar i högfrekvent oscillation. Detta händer normalt när källimpedansen är hög eller så är ingångsledningarna långa. Problemet kan elimineras genom att placera en liten kondensator (istorleksordningen 50 pF till 500 pF) över kretsens ingång.
De flesta effektförstärkare driver inte mycket kapacitiva belastningar bra, och LM1875 är inget undantag. Om utgången av LM1875 är ansluten direkt till en kondensator utan serieresistans, så kommer fyrkantvågssvaret uppvisa ringer om kapacitansen är större än cirka 0,1 μF. Förstärkaren kan vanligtvis driva en belastningskapacitanser upp till 2μF eller så utan att oscillera, men detta rekommenderas inte. [..] En metod som vanligtvis används för att skydda förstärkare från låga impedanser vid höga frekvenser skall utgången kopplas till lasten genom ett 10Ω motstånd parallellt med en 5 μH induktor.
De föregående förslagen angående kretskortsjordningstekniken hjälper också till att förhindra överdriven distorsionsnivåer i ljudapplikationer. För låg THD är det också nödvändigt att hålla strömförsörjningsbanor och ledningar separerade från spåren och ledningar anslutna till ingångarna på LM1875. Detta förhindrar att mata strömmar, som är stora och olinjära, från induktiv koppling till LM1875-ingångarna.
[..]Med en korrekt fysisk layout, THD-nivåer vid 20 kHz med 10W utgång till en 8Ω-belastning bör vara mindre än 0,05 % och mindre än 0,02 % vid 1 kHz.
Källa: Texas Instruments faktablad för LM1875
Jag har kommit fram till samma resultat och verkligen sett vad som kan hända om man inte drar ledningar rätt och separerar jorden och andra signaler från höga nivåer av strömmar. Med just detta slutsteg med max 30v märks det inte lika tydligt men det märks på distorsionen som blir sämre. När man köper färdiga slutsteg med singelström och LM1875 har de sällan optimerat dragningen av spåren på kretskortet enligt ovan.
Kretskortet
Så här ser ett tidigare, ej optimerat, kretskort ut:
Så här ser det ut när det optimerats:
Skillnaden mellan de båda typerna här ovan ser ut så här med ett linjenätaggregat:
Orange = Ej optimera kretskort.
Grön = Optimerat kretskort.
Linjenätaggregat vs switchat nätaggregat
Original nätaggregat
Detta slutsteg är optimerat för switchat nätaggregat. Tanken är att den skall mäta lika bra eller nästan lika bra med ett switchat nätaggregat som ett linjenätaggregat:
Lila färg = Linjenätaggregatet
Orange = Switchat nätaggregat
Det mäter lika bra upp till 1,5kHz. Över 1,5kHz är linjenätaggregatet bättre. Men det går att åtgärda!
Modifierat switchat nätaggregat
För att göra det switchade nätaggregatet bättre måste vi modifiera det, det görs här: https://www.xmag.se/switchat-nataggregat-ombyggt/. Modifieringen görs bara på utgående strömkablar inte på insidan av nätaggregatet. Efter modifieringen ser det ut så här:
Lila färg = Linjenätaggregatet
Turkos = Modifierat switchat nätaggregat
Det modifierade switchade nätaggregatet är bättre än linjenätaggregatet till 1,5kHz och bara lite sämre över 1,5kHz. Nere i basen är det modifierade switchade nätaggregatet betydligt bättre än linjenätaggregatet.
Alla nätaggregaten på samma graf
Lila färg = Linjenätaggregatet
Orange = Switchat nätaggregat
Turkos = Modifierat switchat nätaggregat
Överlag är det modifierade switchade nätaggregatet det bättre av de tre.
Det modifierade switchade nätaggregatet:
Här kan man läsa mer om det modifierade switchade nätaggregatet: https://www.xmag.se/switchat-nataggregat-ombyggt/
Kopplingsschema
De streckade komponenterna, R1 och C2, behövs sällan om slutsteget monteras nära förförstärkare eller liknande. De behövs absolut om längre ledningar än 30cm (12″) används.
Komponentlista för slutsteget:
(R1 1MΩ Metalloxid 0,25Watt) = Se nedan Är inte nödvändigt
R2 220KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan
R3 10KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan
R4 4,7Ω Metalloxid 0,25Watt = Se nedan
R5 4,7Ω Metalloxid 0,25Watt = Se nedan
R6 4,7Ω Metalloxid 0,25Watt = Se nedan
R7 4,7Ω Metalloxid 0,25Watt = Se nedan
R8 22KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan
R9 22KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan
R10 22KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan
R11 10Ω Metalloxid 3,00Watt = Se nedan
C1 10uF Elektrolyt 16v = Se nedan
(C2 100pF Plast ) = Se nedan Är inte nödvändigt
C3 10uF Elektrolyt 16v eller mer = Se nedan
C4 220nF Plast = Se nedan
C5 100nF Plast = Se nedan
C6 100uF Elektrolyt 35v eller mer = Se nedan
C7 10uF Elektrolyt 16v eller mer = Se nedan
C8 1000uF Elektrolyt 35v eller mer = Se nedan
C9 1000uF Elektrolyt 35v eller mer = Se nedan
C10 1000uF Elektrolyt 35v eller mer = Se nedan
L1 5,5uH = Se nedan ca 43 varv av 0,6mm ledning
på ett 8mm plaströr
IC1 LM1875 = Se nedan
Summa slutsteget = 100kr - 200kr
Bygg kretskortsversionen av POS2502-S
För de som vill etsa:
Måtten är 65x45mm.
För de som vill fräsa ut i CNC-fräs:
Kommer snart….
Jag ritar kretskortet i speciell programvara som sedan används för att fräsa ut kretsen med CNC-fräs. Det ser ut så här när det är färdigt:
Jag fräser också ut text mm på ovansidan av kretskortet. Därefter lägger jag på vit UV-färg på kretskortet som jag drar ut med gummiskrapa. Den vita färgen fastnar i de urfrästa spåren. Överflödig färg torkas bort med hushållspapper. Därefter härdas färgen under en UV-lampa ett par minuter. Resultatet blir så här:
När ovanstående är klart löder jag på komponenterna som blir så här när det är klart:
Det som saknas på bilden här ovan är spolen, L1, och motståndet, R11. Spolen lindas med ca 40 varv av 0,6mm ledning på ett 30mm långt rör med diametern 8mm. När det är klart ser det ut så här:
Slutsteget med spolen, där R11 sitter inne i spolen, lödat på kretskortet och med monterad kylfläns set ut så här:
Slutsteget är monterat på en vagga under testmätningarna.
IC-kretsen MÅSTE isoleras från kylflänsen. Det görs med en isolerbricka och en kylplastduk på baksidan av kretsen som är avsett för att isolera:
Kylflänsen skall jordas mot centrala jordpunkten:
– Placeras mellan skruven och plastbrickan.
– Den gula linjen visar att den jordas vid den centrala jordpunkten.
Det blir skillnad med jordad kylfläns:
Bygg kopparbandversion av POS2502-S
Mer kommer snart….
Prestanda
THD vs Watt, 4 och 8 ohm, 24v:
THD vs Frekvens, 4 och 8 ohm:
Max effekt:
Max effekt 4 ohm mindre än 0,1% THD: 9 Watt Max effekt 8 ohm mindre än 0,1% THD: 5 Watt ---------------------------------------------- Inget jag rekommenderar men andra mäter så Max effekt 4 ohm mindre än 1% THD: 10 Watt Max effekt 8 ohm mindre än 1% THD: 6 Watt Max effekt 4 ohm mindre än 10% THD: 13 Watt Max effekt 8 ohm mindre än 10% THD: 7 Watt
