Sand games 2: il circuito misterioso (->SSOPT)

[UnixMan]

In attesa di avere per le mani qualcosa di piu` concreto, in un ritaglio di tempo ho provato a vedere che cosa succedeva con LTSpice...

Perche` non vi funziona?!?!? a me non fa` una piega...

ssopt.gif

ssopt-sch.png

Attachment:
ssopt.asc.zip ( 467bytes )

[UnixMan]

Dedicato a Filippo (ed agli altri membri del club dei 120dB ): una possibile versione Bridged/Parallel da oltre 200W!

BPTE-3.gif

Per la serie: sembra fatto apposta per quelle famose schede...

[hobbit]

In attesa di avere per le mani qualcosa di piu` concreto, in un ritaglio di tempo ho provato a vedere che cosa succedeva con LTSpice...

Perche` non vi funziona?!?!? a me non fa` una piega...






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ssopt.asc.zip ( 467bytes )


Ciao,
Paolo.



Originally posted by UnixMan - 05/11/2008 :  01:58:21

Carino, non avevo visto questo vecchio post!

Se ho capito bene è analogo al ponte di Penasa.

L'hai provato, risulta stabile nella pratica visto il guadagno in tensione unitario?

Quanto dovrebbe valere il guadagno in corrente?

Ho provato a scaricare il file allegato e a farlo girare senza nessuna modifica su LTSpice ma a me sega l'onda a +-15 mentre in ingresso tu hai settato un'onda +-35 picco picco. Se abbasso il segnale in ingresso a +-15 tutto ok.

Ciao,

Francesco

Se la merita! E come! Molti tra i vivi meritano la morte. E alcuni che sono morti avrebbero meritato la vita. Sei forse tu in grado di dargliela? E allora non essere troppo generoso nel distribuire la morte nei tuoi giudizi: sappi che nemmeno i più saggi possono vedere tutte le conseguenze.
(J.R.R. Tolkien)

[UnixMan]

Carino, non avevo visto questo vecchio post!

Se ho capito bene è analogo al ponte di Penasa.


Originariamente inviato da hobbit - 12/08/2009 : 08:37:11

sostanzialmente si`... ma senza il ponte.

L'hai provato, risulta stabile nella pratica visto il guadagno in tensione unitario?

purtroppo per ora solo in simulazione. Devo ancora trovare il tempo (sigh...) di convertire il vecchio tavolaccio col 3875 per fare un po` di prove (in particolare proprio x quanto riguarda la stabilita`, per la quale -specie non disponendo di un modello accurato- non si puo` fare troppo affidamento sui risultati delle simulazioni). BTW, se non e` stabile di per se`, il verso di "stabilizzarlo" in qualche modo con un po` di compensazione esterna si trova... (cmq. visto che funziona quello di Mauro non vedo perche` non debba funzionare anche questo).

Poi mi sa` che realizzero` la versione bridged/parallel... :p

Quanto dovrebbe valere il guadagno in corrente?

ma hai guardato le figure? ; ) c'e` scritto sotto! Ai = R1/R2

Ho provato a scaricare il file allegato e a farlo girare senza nessuna modifica su LTSpice ma a me sega l'onda a +-15 mentre in ingresso tu hai settato un'onda +-35 picco picco. Se abbasso il segnale in ingresso a +-15 tutto ok.

che modello hai usato per l'OpAmp? Se non ricordo male all'inizio ho avuto lo stesso problema, poi mi sono accorto che i modelli standard di LTSpice da qualche parte hanno un limite a +-15V per l'alimentazione (basta cambiarlo).


Ciao,
Paolo.

[UnixMan]

toh! Recentemente J.R. Broskie ha dedicato un post su Tubecad al "Impedance Multiplier". Nella implementazione ad OpAmp si tratta dello stesso circuito (cui lui stesso aveva fatto cenno precedentemente in "Sharing the Workload") che qui (nella applicazione specifica) ho ribattezzato "SSOPT".

[UnixMan]

in qualche ritaglio di tempo, disfacendo e rifacendo da capo il vecchio "tavolaccio" usato per i primi "sand games" sono finalmente (è proprio il caso di dirlo! ) riuscito a trovare il tempo di mettere insieme il circuitino in questione:

ssopt-sch.gif

Dai primi test sembra funzionare perfettamente... "as advertised"!

Si direbbe anche perfettamente stabile, tranne nel caso in cui l'ingresso sia in corto verso massa o quasi. Cosa direi abbastanza comprensibile (e prevedibile): se l'ingresso è chiuso con una impedenza molto bassa l'effetto di R1 tende a svanire ed il circuito si trasforma in una specie di inseguitore non invertente... configurazione nella quale sappiamo bene che il LM3886 (o il 3875, che è quello che avevo e che ho usato x il test) non è stabile.

A breve maggiori test e maggiori info... stay tuned!

[hobbit]

Ho provato a simulare con spice usando un SRPP di ecc88 ottenendo una situazione tentabile nella realtà.
Ho provato anche con la versione a ponte pensata da Penasa ottenendo risultati praticamente identici, solo il fondo di rumore leggermente diverso, probabilmente perché i modelli non tengono conto delle caratteristiche intrinseche del chip.
Sulla carta quale dei due stadi finali preferire? Quale dovrebbe soprattutto essere meno critico per la stabilità?
Ho due lm3886tf e due 7dj8 che potrebbero essere sacrificati per la causa......

[UnixMan]

Allora, proviamo a vedere le differenze tra i due circuiti.

La "mia" versione (OH! mia per modo di dire, non vorrei essere tacciato di megalomania o peggio...) e` piu` semplice, ha meno componenti e soprattutto il suo corretto funzionamento non dipende dalla precisone (dal preciso accoppiamento) di alcuni di questi (le R del ponte).

Tranne nel caso in cui l'impedenza "di pilotaggio" non sia troppo bassa rispetto ad R1, non ho visto problemi di stabilita`. E non vedo motivi per cui ce ne debbano essere se tale condizione e` verificata (*) ed il rapporto R1/R2 e` sufficentemente elevato.

La versione di Mauro invece e` (dovrebbe essere) stabile anche con l'ingresso in corto (e piu` in generale con impedenze di pilotaggio minori della resistenza di conversione I/V in ingresso, R6 nello schema di Mauro... che fa la stessa funzione della R1 nel mio).

Per il resto, in linea di principio i due circuiti sono sostanzialmente equivalenti (grazie x la verifica simulata... se puoi, posta i risultati).

In pratica pero` le inevitabili imprecisioni nel bilanciamento del ponte IMHO possono compromettere le prestazioni della versione di Mauro.

(anche le maggiori impedenze viste dagli ingressi dell'Op-Amp, interagendo con le correnti di ingresso e di offset potrebbero avere effetti negativi sulla precisione del circuito - distorsioni e IM varie. Ma questo e` solo un "educated guess", non ci giurerei senza prima verificare).

Quindi, a meno di non voler ottenere impedenze di uscita estremamente basse, non vedo motivi per complicarsi la vita con lo schema a ponte. Specie con un front-end a valvole che sicuramente ha una impedenza di uscita >> di R1 e quindi non pone problemi di sorta.

N.B.: il circuito va completato almeno con una coppia di diodi di protezione tra l'ingresso ed i due rail di alimentazione del chip (ovviamente collegati in modo che, con ingresso a massa, i diodi siano entrambi polarizzati inversamente!) ed un paio di resistenze che garantiscano sempre un riferimento a massa in DC sia in ingresso che in uscita. Sul prototipo ho messo 100K in ingresso ed 1K in uscita (di fatto in parallelo al carico).

Da provare anche l'aggiunta sull'uscita di uno "snubber" come nel circuito proposto da Mauro e/o di una rete di Zobel (io al momento non ho messo ne l'uno ne l'altro).

http://www.planetanalog.com/showArticle ... 717&pgno=5

==========
(*) Nel prototipo ho un potenziometro da 100K sull'ingresso, residuato del controllo di volume del vecchio circuito che era costruito sullo stesso "tavolaccio". Visto che c'era, l'ho temporaneamente lasciato li` proprio per fare prove di questo genere. Inoltre, sull'ingresso del circuito c'e` anche una R da 100K verso massa per garantire un riferimento di massa in DC anche nel caso di ingresso scollegato o accoppiato in AC.

Quindi, con l'ingresso scollegato ed il pot ruotato "sul massimo volume" (cursore in cima, R=100K), l'impedenza vista all'ingresso vale 50K, mentre con il "volume" a zero l'ingresso e` in corto. Riducendo progressivamente la resistenza (ruotando il potenziometro) con l'oscilloscopio collegato, si vede che tutto fila perfettamente liscio fino ad un certo punto (con la manopola quasi a zero). Scendendo oltre... zac, si mette ad oscillare. Cmq, almeno nel mio prototipo, nulla di particolarmente preoccupante o distruttivo: abbiamo visto una oscillazione di qualche 100io di mV a circa 5MHz che si "spegne" senza indugi non appena si riporta il potenziometro (l'impedenza di ingresso) al di sopra del punto critico.

[hobbit]

Il tuo circuito:

2010-03-11_162128.jpg

il ponte di Penasa:

2010-03-11_162406.jpg

un tentativo apparentemente stabile (devo ancora fare i calcoli per vedere se ha un qualche senso):

2010-03-11_161934.jpg

nel caso non mi uccidere...

[UnixMan]

nel caso non mi uccidere...

addirittura, non vedo perche` dovrei...

pero` una FFT su un carico resistivo mi dice decisamente pochino di come funzionano questi circuiti. Molto piu` utile ed interessante per capire come si comportano sarebbe almeno una caratteristica di trasferimento (Vout/Vin) al variare del carico (almeno tra 1 e 100 ohm, a simulare le escursioni del modulo dell'impedenza di un diffusore reale "medio").

Per quanto riguarda il terzo schema, mi ricorda un po` il "circuito misterioso": non capisco bene come si supponga che funzioni...

Oh, R5 e` direttamente in parallelo ad R1, quindi la puoi togliere (portando R1 a 50 ohm).

Per il resto si direbbe esserci un mix di feedback negativo e positivo, che dipende (anche) dall'impedenza di uscita del "front-end", che e` in parallelo ad R6.

Non c'e` nulla che faccia il sampling della corrente di uscita. Come si comporta l'impedenza di ingresso al variare di quella di uscita e viceversa?

[UnixMan]

Quasi dimenticavo, aggiornamento veloce. Ho verificato la stabilità al variare dell'impedenza di ingresso.

ssopt-sch.png

Nel prototipo realizzato R1=220 ed R2=0.22 ohm (semplicemente perché avevo già a disposizione le due R a filo da .22 ohm 5W).

Entrambi i canali restano perfettamente stabili fintanto che l'impedenza vista all'ingresso ("Rs") si mantiene maggiore di circa 75 ohm (che è circa 1/3 di R1). Quindi (se ho "visto" giusto) è ipotizzabile che utilizzando R1=100 ed R2=0.1 (come da schema) il circuito resti stabile per Rs >= 33 ohm circa (N.B.: da verificare!).

(questo implica anche che - nel caso del mio prototipo - la minima impedenza di uscita ottenibile è pari a circa 0.075 ohm o 75 milliohm che dir si voglia. Il che è come dire che il max DF ottenibile su 8 ohm è > 100; con i valori da schema si dovrebbe poter scendere fino a 0.033 ohm ovvero ad un max DF > 240).

Nel caso si piloti il circuito con un "front-end" che ha impedenza di uscita molto bassa (e.g. circuiti a SS con Zout prossime a zero), per garantirne la stabilità è quindi sufficente aggiungere una resistenza in serie tale per cui la somma di questa con la Zout sia maggiore di 75 ohm (e forse 33 con i valori da schema).

Per sicurezza conviene stare un po' più alti, tanto in ogni caso non ha molto senso cercare Zout < 0.1 ohm.

[vince]

Ciao,

Incuriosito dal commento di Paolo circa il pre a bassa impedenza di Maurizio, e incoraggiato dalla disponibilità di molti componenti, ho dato una simulata al circuito pre_maurizio+ssopt.
Nelle immagini il circuito (spero corretto ché spice ha dato i numeri) e la FFT.
Pur restando la THD < 0.5% con 1V in ingresso mi pare che la FFT sia meno "valvolare" rispetto alla versione col pre di plovati

PMV.png

PMV_fft.png

[marziom]

mah... non lo vedo bene il pre di maurizio per questo SSOPT: non ti serve l'impedenza bassa della 6080 per pilotarlo, anzi...mi pare che abbia un limite in basso sulla resistenza minima.

[UnixMan]

Nelle immagini il circuito (spero corretto ché spice ha dato i numeri) e la FFT.

mmmh, SPICE potrebbe aver "dato i numeri" perche` l'impedenza di uscita della 6080 in KF potrebbe essere (a naso direi che e`) inferiore a quella minima necessaria a garantire la stabilita` del circuito. Specie visto che hai messo .33/330 anziche` .1/100 (perche`?).

Prova ad aggiungere una R da 330 ohm in serie al C di disaccoppiamento (tra la 6080 ed il "SSOPT") e vedi che succede (se scendi a .1/100 dovresti poter ridurre a 50 -:- 100 ohm anche quella e quindi ridurre corrispondentemente l'impedenza di uscita).

Pur restando la THD < 0.5% con 1V in ingresso mi pare che la FFT sia meno "valvolare" rispetto alla versione col pre di plovati

quasi solo armoniche dispari... evidentemente in quelle condizioni (carico ed ampiezza del segnale in ingresso) c'e` una notevole cancellazione armonica tra il primo ed il secondo stadio. Potresti provare a mettere la 6080 a catodo comune (uscire di anodo) e vedere se lo spettro si riequilibra.

BTW, a Maurizio suggerivo di provare perche` ha gia` un oggetto bello e pronto ma, dovendo "partire da zero", la 6080 mi sembra un po` esagerata in questa applicazione.

Dopo tutto per il front-end hai bisogno di:

Vout(max) ~= 60 Vpp ( < Vcc-Vee-10V )
Iout(max) ~= 6 mA ( < 10mA )

il tutto su un carico "riflesso" che segue quello del diffusore collegato moltiplicato per il guadagno in corrente del "SSOPT" (che di fatto e` un "current mirror" con Ai >> 1), quindi tipicamente di circa 8 Kohm "nominali".

I limiti suddetti servono a garantire che il "SSOPT" non venga mai spinto oltre le sue possibilita` e quindi funzioni sempre all'interno della sua "zona lineare". Qualsiasi condizione di sovrapilotaggio e/o "sovraccarico" (clipping in tensione e/o in corrente) e` preferibile che sia gestita da un front-end senza NFB piuttosto che dal SSOPT.

In linea di principio, se vuoi ottenere un risultato "valvolare", tubi adatti potrebbero essere quelli (di piccola potenza) che lavorerebbero bene con un TU da 8 Kohm (e.g. triodi con rp sui 2 -:- 4 Kohm).

Meglio ancora se possono lavorare con anodiche molto basse...

[vince]

Prova ad aggiungere una R da 330 ohm in serie al C di disaccoppiamento (tra la 6080 ed il "SSOPT") e vedi che succede (se scendi a .1/100 dovresti poter ridurre a 50 -:- 100 ohm anche quella e quindi ridurre corrispondentemente l'impedenza di uscita).

stessa situazione.

evidentemente in quelle condizioni (carico ed ampiezza del segnale in ingresso) c'e` una notevole cancellazione armonica tra il primo ed il secondo stadio.

la FFT è molto diversa da quella del pre preso a da solo. Non me lo aspettavo.

BTW, a Maurizio suggerivo di provare perche` ha gia` un oggetto bello e pronto ma, dovendo "partire da zero", la 6080 mi sembra un po` esagerata in questa applicazione.

Si, infatti a me interessava perché ho più o meno tutto a disposizione per quel pre.

Ad ogni modo una simulazione non costa niente.

[UnixMan]

Prova ad aggiungere una R da 330 ohm in serie al C di disaccoppiamento (tra la 6080 ed il "SSOPT") e vedi che succede (se scendi a .1/100 dovresti poter ridurre a 50 -:- 100 ohm anche quella e quindi ridurre corrispondentemente l'impedenza di uscita).

stessa situazione.

mmmh... che modelli hai usato per i tubi? e per l'OpAmp? Prova a simulare separatamente le due parti.

la FFT è molto diversa da quella del pre preso a da solo. Non me lo aspettavo.

che carico avevi messo sul pre preso da solo? prova a mettere una R da 8Khom come carico per il pre e vedrai che la FFT dovrebbe tornare uguale...

Ad ogni modo una simulazione non costa niente.

ovviamente...

Come ti dicevo, io proverei con qualcosa tipo un SRPP di 6922 (o di russe 6N1P... o anche di piccoli MosFET depletion!) con Ia sui 6 -:- 8mA ed anodica piuttosto bassa, in modo da ottenere una Vout(max) <= 60Vpp al clipping (ovviamente sul carico previsto, non a vuoto).

Cmq (anche se e` uno spreco di energia... ), ovviamente puoi provare anche con la 6080 (una sezione per canale).

[vince]

mmmh... che modelli hai usato per i tubi? e per l'OpAmp? Prova a simulare separatamente le due parti.

duncan
per l'opamp non ho toccato niente rispetto al file .asc che hai postato dunque direi l'opamp standard
la prima parte da sola da risultati diversi anche se metto il carico 8K

Ad ogni modo per gioco ho variato il valore della resistenza R5. Portandola a 1K5 pare molto meglio

fft2.png

[hobbit]

Prova con le due sezioni della 6cg7. Non vale la pena usare la 6080 in questa applicazione IMHO.

[vince]

Ho due 6SN7 nel cassetto

lo schema l'ho scopiazzato... pensate che sia accettabile?

6sn7.png

6sn7fft.png

purtoppo come succedeva a hobbit se esagero col segnale in ingresso mi taglia l'onda. ho cercato di cambiare le impostazioni come suggerito ma senza successo

[UnixMan]

Ho due 6SN7 nel cassetto

lo schema l'ho scopiazzato... pensate che sia accettabile?

come mai hai messo un valore cosi` basso per R5?

La presenza di una R in quel punto e` indispensabile per garantire un path in DC per le correnti di offset del chip. Ed indubbiamente un valore basso aiuta a mantenere basso l'offset DC in uscita. Ma, per contro, sfortunatamente quella R va` a ridurre ulteriormente la gia` bassa impedenza di carico vista dal front-end, riducendone il guadagno ed aumentandone la distorsione... (R5 e` in parallelo all'impedenza "riflessa" del SSOPT, che e` dell'ordine di 8K per diffusori da 8ohm nominali).

Io proverei con 47K -:- 100K, scendendo solo se l'offset in uscita risultasse troppo alto (nel mio prototipo ci sono ~50K).

Oh, se vuoi evitare di eccedere i ~ 60Vpp (in modo da far clippare i tubi prima del chip), probabilmente la tensione di alimentazione dei tubi e` di gran lunga troppo alta. Pero` non so` come se la cavino le 6SN7 con anodiche basse...

BTW: per le simulazioni non dovrebbe cambiare nulla, ma nella realizzazione pratica NON devi dimenticarti di aggiungere:

• una coppia di diodi (probabilmente meglio se Schottky, ma nel prototipo ho usato dei comuni 1N4007 che avevo nel cassetto) connessi tra l'ingresso non invertente ed i due "rail" di alimentazione del chip (ovviamente connessi in modo che in condizioni normali siano entrambi polarizzati inversamente);
• una R da ~ 1K sull'uscita (in parallelo ai diffusori) per evitare problemi in caso di disconnessione del carico.

(IMHO ti conviene metterli nello schema fin da ora, se no finisce che alla fine te ne scordi e quando accendi esce il fumo magico... )

purtoppo come succedeva a hobbit se esagero col segnale in ingresso mi taglia l'onda. ho cercato di cambiare le impostazioni come suggerito ma senza successo

Uh? non ricordo, che vuoi dire? (detto cosi`, sembra banalmente clipping... )

P.S.: posta il .asc ed i modelli dei tubi...