Analogni signal generator za audio primene

[Khadgar2007]

Stigli dijelovi te sam za početak promijenio dijelove u oscilatoru jer je to ono što je bitno.

Znači stavljen je opa1692 u oscilator. Na najnižem frekventnom opsegu je maknuta jedna mala žaruljica i stavljen je otpornik od 1k paralelno sa telefonskom žaruljicom. Za tri viša opsega je stavljena JKL 6838 žaruljica umjesto postojeće i zamijenjen serijsko otpornik od 100R na 330R.

Ne mogu reći neka zapažanja što se tiče brzine stabilizacije amplitude jer nisam izmjerio koliko je prethodnim verzijama trebalo, ali što se tiče stabilnosti oscilatora i problem sa prestankom osciliranja pri promjeni frekvencije dobio sam iste rezultate kao Braca. Narihtao sam za sva četiri opsega da je amplituda 2,5Vrms i pri brzim promjenama što sa potenciometrom, što sa preklopnikom područja nisam ga uspio "zaglupiti".

Jedino što ću trebati prilagoditi(iako zapravo ne treba) je serijski otpornik na najnižem frekventnom području,jer se ukupni otpor vjerojatno dosta promijenio. Kada sam upalio oscilator na tom području on uopće nije oscilirao,iako znam da je radio prije ove modifikacije. Okretanjem trimera uspio sam dobiti da oscilira i da daje 2,5Vrms na izlazu, ali vjerujem da sam trimer okrenuo skoro do kraja.

[Braca]

Bravo, raduje me što i na SMD pločici imamo praktično iste rezultate.

Poenta kod promene opsega, odn. brze promene frekvencije unutar opsega je da uvek dobijemo stabilnu amplitudu u nekom razumnom vremenskom intervalu.
Niskofrekventno oscilovanje amplitude (squegging) je pri tom normalno i zavisno od primenjene metode za stabilizaciju u povratnoj sprezi.
Kod nas je to kod prethodno primenjenih sijalica često bio problem, uglavnom na najvišem opsegu.

Biće još nekih promena kod vrednosti elemenata, napr. na ulazu u 2810 moramo imati veći kapacitet da bi četvrtke na najnižem opsegu imale ravne horizontalne linije.
Trenutno tu imam dva bipolarna elektrolita od po 10µ, a idealno bi bilo da tu imamo DC spregu, što bi značilo da sva tri tipa signala imaju nultu srednju vrednost.
Tom stvari se ranije nisam bavio, ali imam nameru da to ispitam.

[Khadgar2007]

Pa ako se ne varam problem stabilizacije amplitude i zapravo nemogućnost da se ona uopće stabilizira je problem na nižim opsezima. Na višim opsezima se zapravo amplituda stabilizira jako brzo ni nikada nije bilo problema sa time.

Da,bilo bi dobro da imamo DC vezu. Nisam sada gledao koliko kvadrat i trokut imaju DC offseta ali zar ne bi bilo dovoljno da se složi nekakav dodatni opam kao DC servo? Mislim sve se čini da ću napraviti novu verziju PCBa tako da ga dodati ne bi trebalo biti problem. E sada da li je pametno dodati i nekakav dodatni sklopić sa kojim bi se namjerno podešavao DC offset, nešto tipa jedan prekidač sa kojim bi se uključila/isključila ta funkcija i potenciometar. Ne znam zapravo koliko imamo lufta sa +/-15VDC napajanjem da možemo podešavati taj offset,a signal ne ode u clipping.

[Braca]

Kod mene je uglavnom bio problem stabilizacije na najvišem opsegu.

Kada u aktuelnoj verziji oscilatora umesto 1692 imam 4562, najviša stabilna frekvencija je nekih 70kHz i to pri laganom povećanju frekvencije potenciometrom.
U prilogu je tipično NF oscilovanje obvojnice signala u tom delu opsega oscilatora.

Što se tiče DC ofseta, on kod sinusnog signala varira od -40 do -80mV, drugi stepen oscilatora je samo bafer, pa bi tu servo bio dobro rešenje, ali su četvrtke unipolarne, a kod trouglastog signala za sada nema informaciju, jer tek treba da ga izlemim.

[Khadgar2007]

Evo upravo sada sam izmjerio kod sebe DC offset na onim veznim kondenzatorima prije pretpojačala sa OPA2810. Sinusoida ima 8mV, a trokut nekih 30mV što bi se trebalo dati riješiti nekim servom.U teoriji tako mali DC offset nije problem,ali postaje ako se testiraju DC vezana pojačala što sam vidio u praksi.
E sada kako riješiti DC offset kvadrata nemam pojma,čak niti u teoriji,jer promijenom amplitude kvadrata u slučaju kako se on ovdje generira trebao bi se mijenjati i njegov offset.

[Braca]

Jedna od varijanti za četvrtke bi bio dodatni op-amp koji bi imao prednapon od -2,5V na neinvertovanom ulazu i to bi bilo sve.
Četvrtke imaju konstantnu amplitudu i ofset od 2,5V na izlazu iz LM311.

[Khadgar2007]

Onda to ne bi trebalo biti nešto komplicirano. Jedan dvostruki opamp kojemu jedna polovica služi za DC servo, a druga za prednapon kvadratnog signala. Taman ima mjesta desno od pretpojačala i ispod lm311 di je trenutačno samo groundplane ispuna koja ničemu ne služi.

Ako mogu kako da pomognem sa eksperimentom za dc servo i offset kvadrata nije nikakav problem da to odradim jer imam zalemljen kompletan PCB tako da trebam samo složiti ta dva sklopića na protoboardu i spojiti sa žicama na PCB.

[Braca]

Aktuelni status projekta:

Posle nekoliko testova sa OPA2891 u stepenu za regulaciju izlaznog signala, vratio sam se prvobitnom rešenju sa OPA2810 (napajanje: ±13,5V).
Razlog: DC ofset od skoro 100mV na izlazu tog stepena - nije čudo, jer 2891 ima tipičnu predstruju (bias) od 9µA, a 2810 (FET-ulaz) svega 2pA.
Pored toga, OPA2891 je znatno skuplji od OPA2810.
Što se tiče DC blokade na ulazu u 2810, tu će doći bipolarni elko od 50 do 100µF da bi se na najnižim frekvencijama dobila horizontalna linija četvrtki.
Osim na najnižim frekvencijama, porast izobličenja ne očekujem, naprotiv: po merenjima D. Self-a, izobličenja padaju sa porastom kapaciteta. Defintivnu odluku ću doneti tek pošto to rešenje budem ispitao (trenutno u "magacinu" nemam te elektrolite).

U prvobitnoj verziji smo za izlazni pojačavač koristili gotove kineske module sa TPA6102, ali mislim da to sada možemo bolje izvesti: druga polovina OPA2810 radi momentano kao bafer, a mogla bi se iskoristiti za kompozitni pojačavač sa BUF634a (SOIC-8) na izlazu.
Materijal imam i isprobaću to rešenje.

U prilogu su rezultati merenja THD na izlazu iz 2810, bez ikakvih izmena u oscilatoru u odnosu na moja merenja od pre mesec dana.
Napajanje: kineski SMPS sa  ±15V, CM prigušnica, regulatori na ±13,5Vsa TPS7Axxx. Oscilator i napajanje u kutiji za božićne kolačiće (čelični lim), zbog osovine preklopnika poklopac ne prekriva celu površinu kutije. Uprkos tome, potpuno odsustvo smetnji iz napajanja.
Izlazni napon: nominalno 4,5V, izlaz iz oscilatora oko 2V.

Prilog 1: Band 1: opseg od 15 do 150 Hz (nominalno): THD na Fmin: -70dBc, na Fmax: -90dBc, dominantan treći harmonik.
Prilog 2: Band 2: opseg od 150 do 1700 Hz (nominalno): THD na Fmin: -75dBc, na Fmax: -100dBc. Spektar u sredini: 1kHz, THD: -90dBc.
Prilog 3: Band 3: opseg od 1500 do 17000 Hz (nominalno): THD na Fmin: -94dBc, na Fmax: -102dBc. Spektar u sredini: 7kHz (sweet spot), THD: -117dBc.
Prilog 4: Band 4: opseg od 15kHz do 147 kHz (nominalno): THD na Fmin: -100dBc, na Fmax: -70dBc (vidljiv samo drugi harmonik).

Za oscilator sa sijalicom ovo su veoma dobri rezultati, al mislim da se mogu još malo poboljšati.
Na TH pločici će biti potrebne izmene, ali o tome pošto završim izlazni stepen.

[Khadgar2007]

Jako lijepo to izgleda.
Da se malo ubacim i sa onim DC offsetom, da probaš i to negdje implementirati, možda između dvije polovice 2810. To bi bilo zgodno imati radi isprobavanja DC zaštite da se ne mora za to koristiti nekakvo dodatno sklepano napajanje.

Pogledao sam što ima od 100u bipolaraca u mouseru i to nije neki problem, ima čak i Nichicon ES serije. Također možemo ići i na 50V elko jer ako se ne varam izobličenja signala padaju sa nazivnim naponom elkosa.

EDIT: Zaboravio sam napisati,da ti nije palo na pamet koristiti bilo što od ADa, tipa imam kod kuće na lageru pa da isprobam i onda to završi kao finalna verzija.  Znaš da su "sankcije" i niti ameri ne mogu da kupe njihove proizvode,a kamoli mi ovdje preko bare.

[Braca]

Sa OP2810 u međustepenu i kapacitivnom spregom nemamo problem sa DC ofsetom.
Ostaje još samo izlazni stepen, a ako bude kompozit, onda ni na krajnjem izlazu neće biti ofseta.

Pretpostavljam da će bipolarnih 50µF na ulazu u 2810 biti dovoljno da ispravi zakošenje horizontalnih linija četvrtki na najnižim frekvencijama. 
U prilogu je trenutna situacija sa 20µF na 20 i 100Hz.

Što se tiče ADI materijala, nemam ga puno - samo 823, 825 i 797.
Prva dva nisam iscrpno testirao jer sa FET-ovima u oscilatoru nisam bio zadovoljan, a treći je već poznat po "nervozi".

[Khadgar2007]

Možda se nismo razumjeli. Nisam govorio o DC offsetu koji sam generator stvori, već o onome koji bi ja unio u signal radi testiranja DC zaštite pojačala. Nešto tipa dva otpornika svaki jednim krajem spojena na jednu granu napajanja i onda između njih potenciometar sa kojim rihtam offset izlaznog signala recimo u opsegu +/-5VDC.

[Dragan100]

Sa OP2810 u međustepenu i kapacitivnom spregom nemamo problem sa DC ofsetom.
Ostaje još samo izlazni stepen, a ako bude kompozit, onda ni na krajnjem izlazu neće biti ofseta.

Pretpostavljam da će bipolarnih 50µF na ulazu u 2810 biti dovoljno da ispravi zakošenje horizontalnih linija četvrtki na najnižim frekvencijama. 
U prilogu je trenutna situacija sa 20µF na 20 i 100Hz.

Što se tiče ADI materijala, nemam ga puno - samo 823, 825 i 797.
Prva dva nisam iscrpno testirao jer sa FET-ovima u oscilatoru nisam bio zadovoljan, a treći je već poznat po "nervozi".

Iz oscilograma 20Hz:
Vplato/Vfronta = 3,5Vpeak/5Vpeak (odokativno za 20Hz) = 0,7 ili negdje -30% droop

Plato četvrtke pada exponentno sa: V(t) = Vo e^(-t/tao)
T(20Hz)=50msec, za poluperiodu četvrtke je to T/2=25msec

tao = (T/2) / ln(1/0,7) = 70msec

granična freq nam je onda: f_c =  1/(2PI*tao)  = cca 2,3Hz

tao = RC, pa možemo vidjeti koji load vidi taj kond 20uF, => R=tao/C = oko 3K5

Kod 100Hz imamo frontu od cca 4,2Vpeak, a plato bi bio oko 4Vpeak, što nam daje =>4/4,2=0,93 ili -7% => -0,07
100Hz => T=10msec ili T/2 = 5msec = 0,005

e^(0,005/(-0,07) = cca 0,93, tu imamo i potvrdu oko prave vrednosti tao

Kod 20Hz, što je negdje 9x f_c imamo tih izračunatih i vidnih na oscilogramu 30% droopa
Sa 50uF bit če oko 12...13%

A sa 100uF nekih 6...7%

[Braca]

@Khadgar2007:
Da, nesporazum.
Namerni DC ofset se može naknadno realizovati, a o rasponu napona moramo videti zbog napajanja od 13,5V.

@Dragan100:
Hvala za analizu!
Otpornik na neinvertovanom ulazu u 2810 je bio 3k, tvoj proračun na bazi približnih podataka sa oscilograma (3k5) je odličan.

Međutim, problem sa ofsetom zapravo ne postoji - do njega je došlo jer sam pri testovima sa OPA2819 morao drastično da smanjim otpornik za prednapon na njegovom ulazu, tj. na 3k.
Kod 2810 taj otpornik je bio 820k, a u prilogu je oscilogram sa 10µF/750k na 20Hz.
Obzirom na blago zaobljenje na početku horizontalnih linija četvrtke, ta RC konstanta je čak i velika, pa se još može optimirati (u prvoj verziji generatora tu su bila dva kondenzatora C0G od po 1µF).

Idemo dalje, na redu je novi izlazni stepen.
Obzirom da se kineski moduli sa TPA6120 i dalje nude pod povioljnim uslovima, napr:
https://de.aliexpress.com/item/100500944...in_prod%3A
to bi bilo najjednostavnije rešenje.
BUF634a je sledeća mogućnost, ali na aktuelnoj TH pločici nema mesta čak ni za SOIC-8, tako da bi morali da ga lemimo na posebnu pločicu, a za takvo rešenje već postoji kineski modul koji je jeftiniji od BUF364a.

Ako se zadrži prethodni koncept, TH pločica se ne mora modifikovati (DC ofset se može realizovati pomoćnom pločicom na potenciometru), ali bih voleo da čujem šta misle potencijalni graditelji.

[gorso69]

@Dragan100:
Hvala za analizu!
Otpornik na neinvertovanom ulazu u 2810 je bio 3k, tvoj proračun na bazi približnih podataka sa oscilograma (3k5) je odličan.

Međutim, problem sa ofsetom zapravo ne postoji - do njega je došlo jer sam pri testovima sa OPA2819 morao drastično da smanjim otpornik za prednapon na njegovom ulazu, tj. na 3k.
Kod 2810 taj otpornik je bio 820k, a u prilogu je oscilogram sa 10µF/750k na 20Hz.
Obzirom na blago zaobljenje na početku horizontalnih linija četvrtke, ta RC konstanta je čak i velika, pa se još može optimirati (u prvoj verziji generatora tu su bila dva kondenzatora C0G od po 1µF).

Gde su ti otpori 3k,3k5,820k ja to ne vidim



  Generator.png (Size: 26,83 KB / Downloads: 111)

[Khadgar2007]

Što se tiče DC offseta, definitivno bi se trebalo ići na jedan prekidač kojim se DC offset može kompletno isključiti. U praksi sam vidio da razna pojačala koja nemaju DC servo i nemaju niti vezni kond osjetljiva su na bilo kakav DC offset na ulazu. Tako da ulaznih 10-15mV je dovoljno da na izlazu upali osjetljiviju DC zaštitu i onda se majstor češka po glavi koji je đavo...

Sve u svemu ja ću napraviti reviziju SMD PCBa ovako ili onako.

Također razmišljam da bi stavio stavio taj BUF634A i povećao ulazni napon na +/-18VDC.Stavio nekakve male regulatore da to spuste na 13.5VDC potrebnih za rad većine ton generator i tako bi se dobilo dovoljno prostora za nekakav pristojni DC offset.

[Braca]

@gorso69:
Po šemi koju si priložio, to je R32.
U zadnjoj verziji dokumentacije (2020. god.) on je imao vrednost 2M2, a kad sam se nedavno vratio tom projektu, smanjio sam ga na 820k u verziji sa 2810, a zatim na 3k u verziji sa 2891.

[gorso69]

@gorso69:
Po šemi koju si priložio, to je R32.
U zadnjoj verziji dokumentacije (2020. god.) on je imao vrednost 2M2, a kad sam se nedavno vratio tom projektu, smanjio sam ga na 820k u verziji sa 2810, a zatim na 3k u verziji sa 2891.

Hvala

[Braca]

Što se tiče DC offseta, definitivno bi se trebalo ići na jedan prekidač kojim se DC offset može kompletno isključiti. U praksi sam vidio da razna pojačala koja nemaju DC servo i nemaju niti vezni kond osjetljiva su na bilo kakav DC offset na ulazu. Tako da ulaznih 10-15mV je dovoljno da na izlazu upali osjetljiviju DC zaštitu i onda se majstor češka po glavi koji je đavo...

Sve u svemu ja ću napraviti reviziju SMD PCBa ovako ili onako.

Također razmišljam da bi stavio stavio taj BUF634A i povećao ulazni napon na +/-18VDC.Stavio nekakve male regulatore da to spuste na 13.5VDC potrebnih za rad većine ton generator i tako bi se dobilo dovoljno prostora za nekakav pristojni DC offset.

U principu, nisam protiv nove verzije pločice sa sopstvenim izlaznim pojačavačem, ali imam još dilemu oko izbora op-ampa.
Nemam iskustva sa BUF634a, ali se njegov prethodnik (BUF634) loše proveo u poređenju sa LME49600:
https://nihtila.com/2018/02/04/hp-buf-hi...#more-2535
Imam njegovu pločicu, pa ću ih uporediti.
LM49600 sam već ranije merio, treba samo da pronađem rezultate.

Napajanje od 13,5V ne predstavlja problem za 2810, jer je on skoro RRIO (±0,2V od napajanja), što nam daje izlaz od 9Vrms.
Problem je izlazni op-amp, jer je kod njih rastojanje izlaza u odnosu na napajanje oko 2V (BUF634), odn. čak 3V (LME49600).
To znači da ako hoćemo izlazni napon veći od nekih 8Vrms, moraćemo da imamo dva napajanja.
Za međustepen nisam uspeo da nađem zamenu za OPA2810 - ima brzih op-ampova, ali se zbog ofseta šema komplikuje (DC servo).

[Braca]

Za desetak dana mi stižu pločice za kompozitnu verziju izlaznog stepena sa BUF634a, a u međuvremenu ću ispitati i kompozit sa TPA6120.
Ovaj poslednji mi se više sviđa, jer ga možemo iskoristiiti u paraleli (sadašnje rešenje), kao kompozit u paraleli, ali i za simetrični izlaz.

[Dragan100]

Može izlazni pojačavač i kompozit OPA1611+OPA1656 (ili neka druga kombinacija excellent FrontEnd+Current Pump OUT)
Nešto sam doradjivao A.M.Sandman kompozit, Matsushita slično radili u takozvanoj ClassAA opamp, ili SuperClassA u 80"...90"-tih


Ako si pogledamo, kako ta paralelna strujna pumpa nadgledavana sa excellent FrontEndom radi iz gledišta izlaza prema ulazu:

Tu imamo u izlazu Dual OPA1656, zajedno imaju R8//R4 prije izlaza, i poraspodijele si izlaznu struju preko R7 i R3.
Pad napona na R8//R4 "vide" dijelitelji R5/R6 i R1/R2 u lokalnom NFB oko svakog opampa OPA1656 i proslijede signal do svog -IN,
OPA1656 vide razliku izmedju svojeg -IN i +IN, i kompenzuje tako, da bude ta razlika što manja, pa počinju "upumpavati" struju iz svakog OPA1656 out,
posledično sa višim naponom na samom OPA1656 out u razmerju dijelitelja R5/R6 =R7/R8

Izlaz kompozita OUT je opterečen, primera radi recimo da zahteva u nekom trenutku +20mA!
Dual OPA1656 si poraspodijeli izlaznu struju preko R7 i R3 po skoro cijelu potrebnu struju (10+10)mA =20mA

OPA1611 zadužen je za Global NFB (tu u INVERTING modu) i drivuje izlaz kompozita OUT preko R8//R9 koji su obuhvačeni Global NFB,
drivuje ga zapravo skoro sasvim naponsko!!!

Izlaz OPA1611 je virtualno sada udaljen ranga od OUT opterečenja kompozita za {LOAD(14-1)*2}
tako da mu je izlazna struja OPA1611 još uvijek dosta ispod <1mA 
Znači sam interni izlaz OPA1611, PushPull sa mirnom strujom od Ibias=od par mA, uopšte ne izlazi iz ClassA operanduma
Razmerje poraspodiele struja izmedju OPA1611 i Dual OPA1656 je približno 1: 2x(10R+3R9) = 1:28

U shemi je INVERTER SUMATOR sa LPF filtracijom, zatrebao je za sumiranje izlaza V_OUT DUAL PCM56 parallel
V_OUT izlazi odradjeni sa internim opamp + R_IV otpornikom

Slično kasnije odradjeno sa izlazima I_OUT DUAL PCM56, svaki I_OUT svoj I->V konvertor sa ovim kompozitom,
kasnije sumirani naponski izlazi oba kompozita!

EDIT:
Ako zatreba više biasa u Aclassi za OPA1611, tu je CCS njegovog izlaza,
a može se odradit i razmerje R7/R8 nešto višim vrednostima, opada struja izlaza OPA1611 proporcionalno promenom (R7+R8) vrednosti
naravno da nove vrednosti zatrebaju zadovoljiti podjenakosti razmerja R5/R6 =R7/R8