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AMPLI DIY DUAL LM3886 TENSION/COURANT - bi/tri amp asservi

Message » 05 Fév 2015 11:12

Il est vrai que le module de maxidcx a de solides arguments. Je n'avais pas vu qu'il s'agissait d'un deux canaux, du coup dans mon cas un module pourrait servir à alimenter le tweeter à ruban et le panneau de fréquences médium, et un gros classe D s'occuperait des graves...

En face je pensais plutôt partir sur du 100W à base de TPA3116 pour être large et rester loin de la limite où la THD explose (http://store.sure-electronics.com/audio ... aa-ab31184). Je vais d'abord devoir mesurer combien ce tweeter nécessite de courant en utilisation normale pour définir mes besoins exacts en puissance.

En tous cas au niveau perf/prix c'est une solution qui reste assez intéressante je trouve :
Image

Sur ce, pour ne pas le polluer davantage le fil je retourne en mode "sous-marin" en attendant de voir ce dont est capable le LM3886 ! :thks:
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Message par Google » 05 Fév 2015 11:12

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Message » 05 Fév 2015 12:59

Merci pour la précision Androuski.
On peux aussi reprendre le calcul autrement.
Si tu te fixes 50W rms dans 3ohms, ça fait 17.3V crête et 5.7A crête.
avec 24V d'alim tu as une marge de 6.7V et d'après la figure 4 de la datasheet , on est parfaitement dans la Safe Area.
après il faut calculer le dissipateur pour supporter tout ça.

Un petit retour au sujet de la B.O.M dispo pour cet ampli.
il y a plusieurs aspects à considérer avant de lancer la commande:

- est ce pour faire un ampli en tension, ou en courant.
- est ce pour du stéréo ou du mono, single, bridge ou parallèle.
- quel puissance et gain veut on obtenir
- veut on utiliser la protection intégrée ?
- est ce que l'on veut implanter le système shunt Nazar
- est ce que l'on veut supprimer les entrées différentielle pour dépenser moins
- est ce que l'on veux supprimer le DC servo pour dépenser moins
- un ajustement de certaines valeurs pour garantir une stabilité maximale n'est pas exclu dans les prochains jour...
Ca fait beau coup de combinaisons que j'ai du mal à caser dans un spreadsheet, mais j'essaye.
déjà la première chose c'est d'imprimer le schéma et d'essayer d'y comprendre quelque chose, sinon ne pas hésiter à poser la question sur ce fil :)

Tout d'abord, une petite explication du schéma composite.

Le LM3886 est utilisé comme un étage de puissance avec un gain de 11 environ assuré par la contre réaction locale (R28/(R28+R56)) ce qui assure sa stabilité conformément aux notes d'application N.S. il n'y a pas de condensateur de compensation dans cette boucle,mais un emplacement est prévu sur le PCB (C25: 10 à 30pf)
Le LME (= 1/2 LME49720) est utilisé en comparateur, ou en correction d'erreur, avec un gain très important (dépend de la fréquence).
Il compare le signal d'entrée (sortie du That1200) avec la tension présente aux bornes de la resistance de pied R49 qui fait partie de la contre réaction globale.
la sortie du LME passe par un diviseur de tension de gain 0.25 (R38/(R30+R38) qui limite la tension max envoyée sur le LM et qui corrige légèrement la réponse en fréquence grâce à la capa C22 en parallèle sur R30, pour améliorer la marge de phase et maximiser la stabilité.

En mode ampli de tension, le signal de sortie du LM est repris sur la resistance R65 qui forme un diviseur de tension avec R49. Donc le gain total de l'ampli composite formé du LM+LME en tension se résume à R49/(R49+R65) = soit 11(20.8db) avec R65=10k ou 10 (20db) avec R65 = 9k09. il est recommandé d'utiliser des résistances à 0.1%, pour pouvoir mettre les amplis en parallèle (si nécessaire). on pourra modifier ce gain dans une limite raisonnable mais pour l'instant les test de stabilité n'ont pas été fait.

Le DC servo utilise un ampli (double) de précision OP277. la constante de temps pour sa stabilisation est définie par le double RC R53.C7+R29.C59 et inférieur à 0.1hz ce qui minimise l'impact sur la phase du signal pour les fréquences basses. quand tout est stabilisé, il y a une tension de quelques dizaines de milivolts sur R50 qui vient donc modifier le gain global de l'ampli puisqu'elle se retrouve en parallèle de R49. La valeur de R49 doit donc être réduite à 909ohms dans la formule ci dessus.
Le montage est similaire à ce qui est proposé dans la datasheet N.S.

le PCB prévoit un emplacement pour un potentiomètre ajustable en amont du LME, il peux être omis en mettant un strap entre l'entrée et le point milieu ou remplacé par 2 résistances selon le ratio d’atténuation souhaité.

Donc à ce stade, en considérant le DC servo et une resistance R65 de 9k09, on aura un gain de 11 soit 20.8db.
Avec un signal de 1.9V RMS max en entrée (cas d'un dspiy) cela donne une puissance de 55W dans 8ohms ce qui est possible avec une alim de 36Volts.
Pour une charge de 4ohms, la puissance maximum recommandée à 28V d'alim est de 68W donc il faut réduire le gain de 11 à 8.7 (18.7db), en ajustant le potentiomètre d'entrée ou en utilisant par exemple deux résistance en série de 2k2 + 7k8 pour obtenir un gain/atténuation de 0.8 (-2db). On peux aussi remplacer le That1200 par un That1203 qui réduit la source de 3db.

Dans le cas d'un ampli en courant, le gain sera en fait une transconductance "gm" qui donne le ratio entre la tension à l'entrée et le courant traversant la charge.

On peut partir de la puissance souhaité, exemple 50W rms 8ohms => 20V rms > 2.5A rms.
donc pour un signal de 1.9V rms on souhaite obtenir 2.5A rms soit un gm de 2.5/1.9 = 1.32

Il est possible configurer le PCB avec une mesure du courant traversant la charge, placée au pied du HP, en série avec la masse, ou en sortie du LM, avec une mesure différentielle faite par le circuit spécialisé INA134 ou INA137.
Cas le plus simple on mets une résistance de pied. Il faut configurer le jumper JP1 pour créer une liaison directe entre cette resistance et la résistance R62 qui forme un diviseur de tension avec R49 de gain 0.5. (En fait comme R49 est a 909ohms, R62 devrait etre choisie à 909 ohms aussi).
Un condensateur C68 en parallèle avec R62 permet de modifier fortement le comportement de l'ampli à partir d'une certaine fréquence, et de le faire agir en mode ampli de tension au delà de cette fréquence, dans l'objectif d'éviter une remontée trop forte du gain liée à l'inductance du HP. on y reviendra.

Donc si on balance 1.9V en entrée, le LME s’organise pour obtenir obtenir 1.9V au bornes de R49 soit 3.8V à l'entre de R62 (pour 909ohms, sinon 4V pour 1k) et aux bornes de la résistance de mesure R57. Pour obtenir 3.8V avec 2.5A on doit choisir R57=1.5ohms, qui dissiperait donc 9.5W en pure perte. il faut aussi augmenter la tension de l'alimentation de 3.8V...

Si la charge est de 4 ohms, par analogie, pour 68W, on aura 4.1A, et pour obtenir 3.8V il faut R=0.9 ohms et donc une dissipation de 15W

il faut donc réduire le signal d'entrée, en jouant sur le potentiomètre (ou 2 resistance), et/ou en utilisant un That1206 qui réduira le signal d'entrée de 6db.
Dans ce cas, le signal vue par le LME sera de moitie donc on peux réduire les résistances de mesure de moitié, par exemple 0.68ohm pour 8 ohms ou 0.47 pour 4ohms. (pour le projet zippy, il est recommandé de choisir cette résistance égale à un dizieme de la resistance du HP).

si on prévoit une configuration en mode Bridge, il sera indispensable de mesurer le courant en mode différentiel en sortie du LM aux bornes de R27, avec un ampli INA134. Le calcul est identique, sauf qu'il faut considérer que la résistance du haut parleur est répartie entre les 2 amplis et donc la diviser par 2!
L'INA134 est limité à la mesure d'une tension CMRR de 26V il faut donc organiser toute la chaine de gain pour que la tension crête en sortie du LM3886 ne dépasse pas 26V, soit dans le pire des cas 42wats dans 8ohms (donc 82W dans un HP de 16ohms) ou 84W dans 4ohms (donc 168W dans un HP de 8ohm).

En mode normal (non bridgé) on peux souhaiter utiliser la mesure différentielle à travers l'INA, notamment si on souhaite relier la borne "-" des HP sur le 0V (cas d'un blindage par exemple). Dans ce cas le seuil de tension de 26V est peut être insuffisant et il faut utiliser un INA137 qui supportera 39V crête, mais sa sortie est divisée par 2, il faudra donc réduire encore la chaine de gain et ajuster le potentiomètre en amont du LME (ou 2 résistances) pour en tenir compte.

voila, tout est dit sur le gain et comment calculer ces résistances. Avec un peux de chance on aura une feuille de calcul béton d'ici quelques temps :)

Concernant les autres aspects du schéma:

L'étage d'entrée est construit autour du circuit de mesure différentiel pour l'audio That1200 (ou 1203 ou 1206).
C'est luxueux mais pas inutile, même si on utilise une source "single ended" genre dspiy et surtout si on utilise plusieurs carte ampli.
Tout d'abord le schéma reprend 100% celui de la datasheet constructeur. Filtre RFI en entrée (R22+23+C20+C21+C49). R21 et C26 améliore la réjection de la composante commune (CMRR) sur tout le spectre de fréquence, et pas seulement sur les basses fréquences genre 50hz.
Si on a une source différentielle, la question ne se pose pas, on met le That et c'est réglé.
Si on a une source 'single' on a tout interet à mettre le That pour s'affranchir d'une ronflette (même faible ou soi disant "inaudible"), voila quelques éléments:
Le signal de sortie de l'ampli s'entend par rapport au 0V qui arrive sur la carte et qui doit être relié au plus court sur l'alimentation (smps ou lineaire).
La masse analogique pour les ampli opérationnelle est reliée sur ce point d'entrée de 0V, juste après le retour HP (même approche que le Modulus).
Hors, quelque soit l'endroit ou on raccorde le blindage d'une source single-ended, cela crée un référentiel pour le signal d'entrée. Si ce référentiel n'est pas exactement au même potentiel que la masse analogique des ampli-op (il faudrait une resistance nulle :hehe: ) alors le signal d'entré est vu comme fluctuant avec le niveau de bruit qui sépare les 2 potentiels... (due auxs courants traversants toutes les résistances des fils et du plan de masse du pcb).
Et ca ce complique si on a 2 cartes ampli qui par définition n'auront jamais leur masse analogique au même potentiel électrique, surtout en présence d'un signal en sortie de l'ampli.
En bref le rôle du That est de s'affranchir de cela, avec un taux de réjection de ce bruit de 90db et pour 6€ il ne faut pas s'en priver. (toute question relative à un problème de ronflette sur une carte n'ayant pas de That sera considéré infondée, comme l'existence du moteur à eau par l’académie des sciences :grad: )

La partie alimentation +/-15V:
L'alimentation est construite autour de 2 régulateurs LM317/337 qui ne sont pas mauvais globalement. Mais éventuellement pas suffisants.
Dans ce montage, l'ampli op principal LME à une réjection des variations d'alimentation de l'ordre de 120db, il est donc "insensible" et va aussi corriger la sortie du LM en permanence pour que le signal de sortie soit "propre" et conforme à l'entrée.
Le That est donné à 80db, c'est un peux moins bon.
Aussi, en présence de signal, il y a des retours de courants entre les rails d'alim et la masse qui engendrent des variations de charges pour les regulateurs, qui réagissent en fonction de leur courbe d'impédance (pas terrible pour les LM317/337)...

Notre schéma prévoit la possibilité de monter quelques composants et transistors pour linéariser l'impédance des régulateur LM317/337 avec un fonctionnement en "shunt" de courant, selon le principe décrit par Nazar. A ce stade on ne sait pas si ça apporte quoique ce soit :)
Le principe de l'alim : les transistors Q1 et Q2 courtcircuit-ent le rail d'alim pour que le courant dans la resistance R41 soit constant.
Le ratio R35 R36 combiné avec la tension de déclenchement VBE de Q2 doit être ajusté de telle sorte que Q1 passe en moyenne 10ma, pour dissiper disons 150mw en nominal. Ce montage se comporte aussi comme une Capa ideal. Couplé avec les capa 1uF panasonic ECPU en CMS 1210, on obtient une courbe d'impédance plate de 0.3ohms jusqu'à 500khz environ.
Les valeurs proposées dans la bom ont été calculées par une simulation LTSpice (voir dans le drive) et seront ajustées sur le proto.
Aussi le courant dans R41, et donc Q2, dépend du nombre d'ampli op montés sur la carte...donc différentes valeurs seront proposées pour R36.

Un emplacement est prévu sur le PCB, à l'entrée de l'alimentation, pour une self "common mode" dont le role expecté est de réduire les bruits provenant d'une alimentation à découpage...l'intérret sera confirmé ou non sur le proto, avec une alim DPS400/ST de AudioPower. On peux alimenter la partie régulateur soit à partir de l'alimentation de puissance, soit séparement.

Les réseaux de sorties RC et RL:
le PCB est prévu pour qu'il soit possible de câbler un RC sur chaque sortie, pour des raisons de place, en CMS (R57//R47+C30).
Dans le mode ampli en tension, il faudrait les monter, dans le mode ampli-de-courant on ne les montera pas.

Le PCB est prévu pour un réseau R//L en série avec la charge. Je ne détaillerai pas la théorie mais il faut le recommander aussi pour minimiser le retour de "parasites" véhiculés par les câbles. Les valeurs recommandées sont celles de la datasheet.

finalement, la protection des HPs.
le montage proposé est basé sur la note d'application du uPC1237. l'originalité est dans le remplacement du relais de sortie par des transistors "NexFet" alimentés par un photocoupleur... on retrouve ce type de relais électronique dans la protection proposée par "bonzai" sur les Nx-amp, rien de nouveau en soi.
Par contre je croise les doigts pour que le choix de ces composants modernes soit satisfaisant... Notamment les Nexfet sont des FET à très faible résistance interne et ils supportent 16A le tout dans un petit boitier SOIC-8 ...le retour d'expérience sur le proto apportera la lumière, ou la fumée !
Aussi les valeurs des résistances autour du upc1237 seront discutés ultérieurement.

voila ce qu'il faut savoir avant de se lancer sur cet ampli , et de commander la BOM :) d'ailleurs mon colis fedex arrive à l'instant !
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Message » 05 Fév 2015 14:33

Merci pour les explications :D
J'ai reçu le PCB aujourd'hui
Jean-Philippe
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Message » 05 Fév 2015 20:32

étant donné que c'est le bazar avec la sérigraphie, voila un plan d'implantation des composants plus clair
Image
et que l'on peux imprimer (350dpi).
Image
en ouvran le colis mouser, je constate que certaines résistances vishay sont un peu grosse, je mettrai la bom a jour demain au fur et à mesure de mes découvertes
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Message » 06 Fév 2015 18:46

maxidcx a écrit:Merci pour la précision Androuski.


Donc si on balance 1.9V en entrée, le LME s’organise pour obtenir obtenir 1.9V au bornes de R49 soit 3.8V à l'entre de R62 (pour 909ohms, sinon 4V pour 1k) et aux bornes de la résistance de mesure R57. Pour obtenir 3.8V avec 2.5A on doit choisir R57=1.5ohms, qui dissiperait donc 9.5W en pure perte. il faut aussi augmenter la tension de l'alimentation de 3.8V...



Je pense que c'est plutôt R27 :wink:
Jean-Philippe
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Message » 06 Fév 2015 21:44

Effectivement! R27 dans le cas d'un bridge, sinon R54 pour la résistance de pied en série avec hp-

:ohmg:
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Message » 06 Fév 2015 23:26

J'ai lu avec beaucoup d'attention ton post précédent, ta carte a beaucoup d'option.
Super :wink:
Jean-Philippe
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Message » 07 Fév 2015 14:56

'Oui effectivement, du coup le circuit est dense!
Montage en cours pour moi, coin atelier refait ce matin (ouf...)
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Message » 07 Fév 2015 17:52

Salut !

Inauguration du nouveau bench cet apres midi
Image

et carte montée à 50% en 2h30
Image
pas de problème pour bidouiller le recâblage des alim du dc servo sous le support, il suffit de surélever le support, de lui couper les pattes 8 et 4 et de placer 2 fils en diagonales en dessous, avec un peu de thermo, on ressoude les nouvelles alims sur les moignons 8 et 4, et hop, un petit coup d'ohmetre :hehe:

la pause s'impose :ko:
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Message » 07 Fév 2015 18:26

Super ça avance.
J'ai jeté un coup d'oeil par rapport au fichier excel de la BOM.
Carte principale, il faut lire C37,43,38,63 au lieu de C37,40,43,64 et il manque R70.
Je pense partir sur un ampli courant simple,avec DCservo et résistance de pied, et là ou j'ai un peu de mal, c'est avec la contre-réaction.
Pourrais tu me donner des explications sur les composants à cabler ?
Sur le schéma tu donnes une valeur de 1M à certaines résistances, est ce que ce sont les vraies valeurs ou des valeurs de simu pour inhiber leurs fonctions ?
Jean-Philippe
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Message » 07 Fév 2015 18:58

vite fait entre 2 soudures, en mode courant, la CR se fait sur R62 (R8 pour lautre canal). prendre la meme valeur que r49 (1k//R50=909)
tu suprime R65 (1meg), mais tu garde le reseau R48+C55 (conseil JCB).
il te faut aussi un C58 mais je ne sais pas le calculer. pour Le=1mh c'est 24nF...
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Message » 07 Fév 2015 19:08

razzortec a écrit:J'ai jeté un coup d'oeil par rapport au fichier excel de la BOM.
Carte principale, il faut lire C37,43,38,63 au lieu de C37,40,43,64 et il manque R70.

Exact bien vu.
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Message » 07 Fév 2015 19:10

OK merci
Et pour R29 et R53 1M ? et 10k pour R50 ?
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Message » 07 Fév 2015 19:29

oui,
pour la 10k, mets la aussi en 0.1% SI tu mets R49 en 0.1%, sinon 1% toutes les 2
r53 et r29, tu peux aussi descendre à 470k voire 249k, sur le modulus, il y a 470k avec des capa de 470n. AU choix.
pense à prendre en plus une 100 pif pour C22 et 220pif pour c29, au cas ou...
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Message » 07 Fév 2015 19:33

et puis les 100 ohms (r22/23) en vishay sont trop grosse, prend des yago ou autre. idem avec les 10 ohms R43 et 12.1 R41/42
EDIT: en fait toutes les vishay sont trop grosses sauf les 1k
Dernière édition par maxidcx le 07 Fév 2015 20:27, édité 1 fois.
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