Modérateurs: Staff DIY, Staff Installations, Staff Juridique • Utilisateurs parcourant ce forum: Aucun utilisateur enregistré et 5 invités

Ampli Mosfet UCCFA (UltraCompact Curent Feedback Amplifier)

Message » 16 Mai 2019 18:50

Voici le fil pour les réalisations et l’entraide pour le module amplificateur à mosfet controlé par ampli-op UCCFA.

Le PCB fait 57x57 mm et comprend des CMS (composants montés en surface) des 2 cotés ainsi que quelques condensateurs traditionnels soudés coté composants. Les mosfets peuvent être montés à plat coté soudure ou perpendiculairement.
Les dimensions sont prévues pour permettre un montage à plat sur un radiateur de 80mm de haut, et l’espace libre de 22mm permet la compatibilité avec les rails de montage des boitiers « dissipante » hifi2000 en 2U.
En configuration 8A-45V et avec un bias de 100ma il est possible de monter 2 modules sur un même radiateur de 80x300mm, ou 1 en configuration dual die 16A-63V et 200ma de bias.

La genèse du projet c’est faite surtout en s’inspirant des modules ACT présentés sur le forum par J-C.B que je remercie pour ses conseils et son aide dans la phase développement. D’ailleurs une version initiale du projet (ACT2_MOS) a été faite autour d’un simple ampliop AD844 qui est le cœur des modules ACT précités.
Les modules First One M de LazzyCat ont été aussi une grosse source d'inspiration et de benchmarking pour les performances et le facteur de forme.

L’ampli supporte plusieurs configurations et certains composants pourront être adaptés selon les besoins. Le gain, la tension d’alim, le soft clipping, le courant de protection peuvent être ajustés ou changés facilement. Il utilise un amplificateur opérationnel de précision « dual » (par exemple LM6172 ou LME49860 ou OPA2156) qui assure la correction d’erreur par une contre réaction globale (NFB) ainsi que le pilotage de l’étage de sortie dans un mode CFA astucieux combiné avec des miroirs de courant et l'étage driver : la sortie de l'ampli-op est utilisée comme entrée!
Ce principe est très similaire au montage présenté par Analog Device sous le nom « alexander amp » avec pour différence l’étage de sortie et le point de contre réaction globale.
L’étage de sortie utilise des lateral- mosfet pour leur relative facilité d’intégration (comportement RDS-VGS selon charge et temperature).
Le bias est confié à une zener ajustable TLVH431 mais il est possible de réduire le bias habituel par 2 en la remplaçant par un simple PNP.

Grace à la précision et aux caractéristiques de l’ampli-op, il n’y a pas besoin de régler l’offset ni le courant de repos de l’étage driver.
Le bruit de fond est extrêmement faible (e < gain x 1uVolt) et la thd est de l’ordre de 20 à 50ppm selon le gain, à 1khz.
Le temps de monté/descente est de l’ordre de 40V/uS et assure une très faible IMD. La symétrie peut être vérifiée puis ajustée par une resistance.

Cette version UCCFA utilise une connexion particulière des 2 amplificateurs opérationnels pour avoir une entrée différentielle haute impédance (CMRR>60db) qui sera très utile pour les systèmes multi-amplifiés ou pour mutualiser une alimentation entre plusieurs canaux sans avoir les inconvénients habituels liées au retour de courants vers une étoile imparfaite (ronflette, cross talk, baisse du facteur d'amortissement) …
Il est possible et toujours souhaitable d'utiliser un ampli à entrée différentielle même avec une source "single-end ou RCA" en utilisant le câblage dit "pseudo-differentiel" (voir liens). La configuration et les valeurs des composants d'entrée sont identiques au montage utilisé par Hypex pour ces ampli UCD et NCore.

Avec une paire de mosfet 8A (exicon), l’alimentation devra impérativement être inférieur à 45V (pour charge 4-8 ohms) et avec une paire dual-die 16A le maximum est 63V.
Il est possible (et conseillé) d’utiliser des alims SMPS Hypex type SMPS400A180 (45V) ou SMPS400A400 (63V) pour leur qualité, leur montée en tension symétrique qui réduit le ploc à l'allumage, leur protection en courant, et la possibilité de les couper sur une composante DC (avec un montage auxiliaire pour la SMPS400A400).
La tension d’alim des modules peut néanmoins atteindre 85V si quelques précautions sont prises sur la charge et le gain pour assurer que les transistors sont toujours dans la SOA. Cela permet typiquement d'utiliser un module UCCFA en complement d'un ampli type NCore NC252MP par exemple, à la place d'un module HF NC100

signal d'entré, gain, puissance fournie et dissipée en quelques mots:
La puissance maximale de l'ampli dépend de l'alimentation et de la charge minimale pour respecter les conditions imposée par la datasheet des Exicon.
avec une paire Exicon 8A et 45Volts d'alimentation une charge mini de 6ohms est conseillée (typique pour un nominal de 8ohms).
La tension max RMS aux bornes du HP sera d'environ ((45-5)*0.7)= 28Vrms, soit une puissance de 130W dans 6 ohms, ou 100W dans 8 ohms.
Les pointes de courant dans 6 ohms atteindront 6.6 amperes et 5A dans 8 ohms. La protection en courant est choisie pour 8A ou légèrement moins.
La puissance instantanée dissipée par les mosfet est maximale environ à mis tension soit 22volts soit 85Wpeak pour 6 ohms, soit une 60aine de watts efficace (demi sinus) ce qui est inférieur au 150w max.
Pour une source single end (RCA) de 2Vrms on choisira dans cet exemple un gain de 14 pour avoir la puissance maximale.
Pour une sortie différentielle générant l'équivalent de 4Vrms, un gain de 7 sera préférable et améliorera le SNR de 6db.
Les compensations calculées pour la stabilité (notamment C10) dépendent du gain et couvrent des gains de 5 à 20. (voir tableau des configurations)


Le PCB coté composant :
uccfatop.png


Le PCB coté soudure :
uccfabot.png


Documents PDF du PCB:
Face Dessus (Composants) :
UCCFA1-cmp.pdf
(51.97 Kio) Téléchargé 9 fois

Face Dessous (Soudure) miroir :
UCCFA1-sldmir.pdf
(51.35 Kio) Téléchargé 13 fois

détail du positionnement des composants avec leur référence :
Positionnement Dessus :
UCCFA1-cmpref.pdf
(90.54 Kio) Téléchargé 9 fois

Positionnement Dessous :
UCCFA1-sldref.pdf
(75.68 Kio) Téléchargé 7 fois


Le schéma :
UCCFA1-sch.png


La BOM (avec liens vers BOM Mouser prête à commander):
https://docs.google.com/spreadsheets/d/ ... sp=sharing
toujours vérifier les disponibilités avant d'appuyer sur le bouton commander!

Tableau de différentes configurations:
çà arrive


fichiers de simulation LTSPICE
çà arrive
Dernière édition par maxidcx le 17 Mai 2019 11:52, édité 13 fois.
Avatar de l’utilisateur
maxidcx
Membre HCFR Contributeur
Membre HCFR Contributeur
 
Messages: 2965
Inscription: 25 Avr 2007 10:50
  • offline

Annonce

Message par Google » 16 Mai 2019 18:50

 
 
Publicite

 
Encart supprimé pour les membres HCFR

Message » 16 Mai 2019 18:50

Ancienne version ACT2_MOS pour DIL8 AD844/LT1364/LM6181 :
l'intérêt de cette version est de pouvoir interconnecter différemment les contre reaction allant vers l'ampli op, afin par exemple de faire un ampli a transcoductance (générateur de courant) par repiquage de la tension de contre reaction sur une resistance de pied en série avec le hautparleur (0.25 ohms), afin d'expérimenter l'asservissement des HP en acceleration (montage clos et correction QMS nécessaire)


fichiers EAGLE de cette version :
ACTIMOS_AD844.zip
(105.48 Kio) Téléchargé 4 fois


BOM version DIL8:
https://docs.google.com/spreadsheets/d/ ... edit#gid=0

fichier PDFs :
Emplacement des composants échelle 3 Dessus:
ACT2_MOS_DIL8_REF_TOP.pdf
(82.74 Kio) Téléchargé 3 fois

Emplacement des composants échelle 3 Dessous:
ACT2_MOS_DIL8_REF_BOT.pdf
(69.29 Kio) Téléchargé 3 fois

Schema:
ACT2_MOS_DIL8_SCH.pdf
(179.15 Kio) Téléchargé 12 fois


prototype AD844
ACT2_DIL8_Top.png
Dernière édition par maxidcx le 18 Mai 2019 8:40, édité 11 fois.
Avatar de l’utilisateur
maxidcx
Membre HCFR Contributeur
Membre HCFR Contributeur
 
Messages: 2965
Inscription: 25 Avr 2007 10:50
  • offline

Message » 16 Mai 2019 21:07

les liens relatifs ou pour comprendre :
Alexander amp (AN-211 analog device) :
https://www.analog.com/media/en/technic ... 4AN211.pdf

schéma Walt Jung (sans mosfet) pour comprendre le principe du schéma de base :
post179282776.html#p179282776

modules ACT et ACT2 :
post178578165.html#p178578165

interconnection différentielle, note Rane, pseudo différentielle en schéma numero 6:
https://www.rane.com/note110.html

principe du dual op-amp differential amplifier et note d'application analog device:
https://www.analog.com/media/en/trainin ... MT-062.pdf
dual op-amp diff amplifier.pdf
(132.91 Kio) Téléchargé 16 fois


liens vers nos réalisations :
maxidcx / AD844 version preliminaire ACTiMOS: post179240684.html#p179240684
maxidcx / AD844 version compacte ACT2_MOS : post179374365.html#p179374365
Razzortec / OPA1612 UCCFA : photos à venir


PCB Gratis restants:
au 15/05/2019
PCB UCCFA pour ampliop dual SOIC8 : 16
PCB ACT2_MOS pour ampliop single DIL8 : 16
-> 2 voire 4 PCB par personnes , sont expédiés quand vous avez passé votre commande mouser.


Liens vers posts importants:
à venir
Dernière édition par maxidcx le 18 Mai 2019 8:53, édité 7 fois.
Avatar de l’utilisateur
maxidcx
Membre HCFR Contributeur
Membre HCFR Contributeur
 
Messages: 2965
Inscription: 25 Avr 2007 10:50
  • offline

Message » 16 Mai 2019 21:19

Consigne pour les commandes de composants:
la BOM sous forme tableau contient les informations détaillées pour chaque composant et différents scénarios selon l'ampli-op choisi.
Certains composants sélectionnés sont volontairement en 0805 alors que leur empreintes sur le PCB est en 1206.
C'est volontaire et ce n'est pas plus compliqué à souder; Seul les CMS dissipants une puissance sont en 1206 ou 2010 ou 2512
La self de sortie doit être faite à la main avec du fil de cuivre émaillé, sur un foret de 6mm, 6 spires+6 par au dessus, en 10,12 ou 14/10ieme (trous 1.6mm espacés de 9mm).
les mosfets Exicon s'achètent chez ProfusionLC en UK, c'est assez cher. Possibilité d'utiliser des SJ162 et SK1058.
Attention à l'électricité statique... On peut contrôler grossièrement les mosfet avec un voltmètre en mode diode. voir tutos sur youtube.
Les drivers de sortie sont des MJD340/350, équivalent des MJE en CMS mais ils peuvent être remplacés par des version TO126 à pattes KSE340/350STU avec un petit dissipateur, notamment pour augmenter le courant de l'étage driver (quad die) ou la tension des rails d'alimentation à 85V. voir BOM
à suivre

Consignes d'assemblages:
se procurer une pince à épiler, un fer de faible puissance régulé avec panne fine, une paire de lunette grossissante x2 et/ou x3, en pharmacie à 10euros.
Etape1:
Montage de tous les composants CMS sur les 2 faces, sauf ampliop et composants du bias (R26/28 et IC2).
Montage temporaire de 2 resistances de 2K2 environ entre T5-gnd et T11-gnd pour simuler la consommation de l'ampli-op d'environ 7ma.
Montage temporaire de 2 resistances de 2K2 environ entre émetteurs de T6-gnd et T12-gnd pour simuler une charge de l'autre coté du miroir.
Premier tests:
Alimentation progressive, en symétrique en commençant vers 10volts jusqu'à 20V, le courant total par rails doit être de l'ordre de 18 à 20ma.
Attention le pire ennemi est un court-cicuit entre pattes ou composants à cause d'un dérapage des pointes de touches d'un voltmètre... on l'aura dit
Vérification des tensions aux bornes des zener (D3/D4) et du courant passant dans les CCS aux bornes de R16/R17 (environ 3ma soit 1v de ddp)
Vérification de la présence 15Volts aux bornes des res qui simule la charge ampli-op.
On doit mesurer une tension similaire en sortie des miroirs et drivers T6/T12 avec éventuellement une différence si R18/R20 sont différentes.

Etape2:
Démontage des 4 resistances.
Montage des composants restants, y compris ampli-op et mosfet car on ne peux absolument rien tester d'autre sans terminer totalement l'ampli.
Attention si T6 et T12 sont en TO126, respecter le sens de montage en repérant la base qui est indiqué par un "b" sur le pcb. Eventuellement prévoir un isolant silicone et/ou une rondelle plastique pour la fixation ultérieur sur le dissipateur principal et/ou avec un petit dissipateur to202.
Les condensateurs de filtrage primaires C6 et C8 sont encombrants et pourront être montés sur la fin, après les principaux tests.
Les resistances de mesure de courant pour la protection sur-intensité sont calculées pour des paires dans chaque rails (R10/32 et R30/48) il est conseillé de n'en monter qu'une sur chaque rail, ce qui diminue le seuil de déclenchement par 2 pendant la phase de test. Lorsque tout est ok on pourra cabler les secondes resistances de mesure. Il est possible de remplacer ces resistance CMS par des résistances classiques à pattes (through holes) qui seront montés sur les trous des emplacements R46/R47.
à suivre

réglage des potentiomètres:
toujours s'assurer que les potentiomètres sont à mi course avant de les souder.
R40 et R39 sont assez délicats à souder, il est préférable de les monter avant les composants qui les entourent.
Mettre le potentiomètre de bias R28 au mini (sens anti horaire) il y aura 1.24Volts aux bornes des gates des mosfets
à suivre

avant le branchement pour les tests:
prévoir des résistances de charge de 4/8/16ohms en 50watts, à monter sur un bon dissipateur. l'ampli devrait toujours être chargé.
Pendant les tests l'idéal c'est d'utiliser une 16 ohm qui minimisera le courant dans les mosfets en cas de pépins.
Prévoir une carte son avec sortie single ou différentiel et de préférence entrée différentielle pour mesurer la sortie de l'ampli en phase finale des tests.
Prévoir un diviseur de tension à résistances pour réduire le signal électrique vers cette carte son. example diviseur par 11:10k+1k en resistance metal 1% genre CMF55
Prévoir 1 ou 2 resistance 0.1 à 0.5 ohms 5Watts reliées sur cosses faston, à mettre en série avec l'ampli pour mesurer le courant de repos et régler le bias.
Il est préférable d'utiliser un GBF pour envoyer un signal sinusoidal et rectangulaire sur l'entrée de l'ampli. Utiliser une carte son n'est envisageable que si quelqu'un à monté et testé l'ampli pour vous. Vous pourrez éventuellement changer le gain, le bias et le seuil de soft clipping en contrôlant le résultat avec la carte son et avec un bon voltmètre.
L'oscilloscope est quasiment indispensable, pour vérifier les formes de signaux et d'éventuelles oscillations (environ 7mhz sur compensation trop faible ou 45mhz en cas d'oscillation au niveau local des Mosfets...), normalement tout est stable!.
Un model pour pc portable, avec générateur, par exemple ISDS210B est acceptable (moins de 100 euros)
à suivre

Tests de l'ampli totalement câblé:
Utiliser une alimentation symétrique de +/- 20 à 24volts 1 à 2A pour le démarrage, par exemple une alimentation de labo double, réglable en tension et intensité.
A défaut d'avoir une limitation en courant, utiliser des ampoules 12V 21Watts en série avec les alims lors des premiers branchements :ane:
Elles ne doivent (presque) pas s'allumer sinon il y a un problème et il faut éteindre l'alimentation assez rapidement :grad:
mettre éventuellement 2 en série ou des 24V de camion selon votre alimentation et votre niveau de confiance.
Pour les premiers tests, sans bias, les mosfets peuvent être montés sur une simple cornière alu de quelques cm. le montage sur radiateur s'impose très rapidement si on monte en tension et en bias. éventuellement les mosfet peuvent être montés perpendiculairement en leur laissant leur pattes d'origine. on pourra ensuite recouper et les ressouder proprement à plat et au plus court quand tout aura été vérifié.
Dernière édition par maxidcx le 17 Mai 2019 19:20, édité 4 fois.
Avatar de l’utilisateur
maxidcx
Membre HCFR Contributeur
Membre HCFR Contributeur
 
Messages: 2965
Inscription: 25 Avr 2007 10:50
  • offline

Message » 16 Mai 2019 22:45

Réalisation d'un exemplaire en image
ca arrive en juin
Dernière édition par maxidcx le 16 Mai 2019 22:46, édité 1 fois.
Avatar de l’utilisateur
maxidcx
Membre HCFR Contributeur
Membre HCFR Contributeur
 
Messages: 2965
Inscription: 25 Avr 2007 10:50
  • offline

Message » 16 Mai 2019 22:45

mesure de performances
ca arrive en juin aussi
Avatar de l’utilisateur
maxidcx
Membre HCFR Contributeur
Membre HCFR Contributeur
 
Messages: 2965
Inscription: 25 Avr 2007 10:50
  • offline


Retourner vers Amplis et Préamplis

 
  • Articles en relation
    Dernier message