Audiyofan
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 Sujet du message: "Zerocap" V2 - 15W classe A
MessagePosté: Mer 26 Juil 2017, 14:15 
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Bonjour,

En 2013 après avoir lu un article de JP. Johannet dans l'audiophile parlant d'un amplificateur 1W sans condensateur dans le schéma j'ai décidé de réaliser un ampli sur le même concept utilisant une batterie par canal comme source d'énergie pour voir ce que ça donnait. Cet ampli fait 7W et est utilisé quotidiennement depuis au salon avec des petites enceinte de 97dB. Cet ampli a été continuellement modifié et a servi de labo vivant pour tester pleins de trucs : alims sur batteries, à découpage, linéaires régulées, étage d'entrée flottante sur condensateur, sur transformateur, à couplage direct, différents schéma de câblage des masses, etc.
Le problème récurrent c'est la puissance un peu faible et le coté éclaté de l'ampli (un boitier maintenant quasi vide, l'alimentation qui est sur une planche en dehors du boitier).
Le concept zéro condensateur est toujours valide actuellement dans le schéma de chaque canal, mais plus au niveau des alims depuis que les batteries ont été abandonnées.

Au niveau de l'écoute je l'aime beaucoup. C'est donc reparti pour une nouvelle version plus puissance ayant les caractéristiques suivantes :

    - puissance de 15 Wrms dans 8 Ohms ;
    - concept zérocapa sur toute la ligne (y compris les alimentations secteur ce qui sera la nouveauté par rapport à la V1), si c'est possible ! peut-être qu'il faudra se résoudre à en mettre un ou deux pour du filtrage de parasites, mais l'objectif c'est zéro ;
    - couplage directe en entrée et en sortie comme sur la V1 actuelle ;

Concernant l'électronique, toujours une conception "maison" qui va reprendre les grands principes de la V1 :
    - topologie du type amplificateur différentiel de puissance à sortie différentielle
    - double mono
    - alimentation monorail
    - entrée asymétrique non référencée à la masse alim

Ce dernier point implique l'interdiction d'une référence commune entre les alims de cet ampli et une source via la terre. Ce qui n'est pas un problème. L'ampli actuel marche comme ça et c'est la solution qui a transfiguré mon système au salon.

Pour finir cet ampli va remplacer l'autre et s'insérer dans un chaîne dématérialisée : NAS, réseau Ethernet de la maison; lecteur réseau RaspPI/MPD, DAC discret R2R, préampli, ampli, enceintes OB 97dB.

Voilà, c'était pour introduire le sujet. La suite avec le schéma actuel et les simulations...

Jacques


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 Sujet du message: Re: "Zerocap" V2 - 15W classe A
MessagePosté: Mer 26 Juil 2017, 15:13 
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Le schéma retenu pour les simulations

Fichier(s) joint(s):
Ampli ZeroCap V2 - simu sch.PNG


Quelques détails concernant le schéma :
    - fonctionnement sous 20V monorail pour avoir les 15W en sortie ;
    - l'entrée (asymétrique) est symétrisée par rapport à une tension intermédiaire entre Valim et 0V via R14 et R20. La tension intermédiaire est au point milieu des deux résistances. Elle est choisie pour avoir la tension de repos de chaque sortie de l'ampli à la moitié de la tension d'alim ;
    - la boucle de CR n'est pas référencée à la masse, c'est flottant et différentiel : R17,R18,R19 ;
    - L'alim est en haut à droite. Pas besoin d'une stabilité en béton étant donnée le PSRR théorique élevée du circuit. Aussi pour que l'alimentation fournisse une tension stable, il faut un courant consommé stable. L'ampli est son propre régulateur de tension au travers de sa régulation de courant consommé ;
    - Fonctionnement en classe A, courant de repos 1A par branche pour 2A max dans la charge (30W crête)


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 Sujet du message: Re: "Zerocap" V2 - 15W classe A
MessagePosté: Mer 26 Juil 2017, 15:47 
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Première simulation avec l'alimentation secteur, démarrage à froid puis sinus de 2V/40Hz (pleine puissance) à T=9.9s, sur 8 ohms
    - relevé 1 : transfert entrée / sortie
    - relevé 2 : courants dans les MOS (une branche)
    - relevé 3 : tension Vds dans les MOS (une branche)
    - relevé 4 : tension d'alimentation

Fichier(s) joint(s):
Ampli ZeroCap V2 - transcient1.PNG


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 Sujet du message: Re: "Zerocap" V2 - 15W classe A
MessagePosté: Mer 26 Juil 2017, 17:25 
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Bonjour à tous,
Bonjour Jacques,

Schéma très interessant, ainsi que le concept...

Pour faire du "zéro capa d'alimentation", vous sortez dans les haut-parleurs avec des générateurs de courant (sortie sur les drains des MOS), donc à impédance très élevée, et vous faite chûter l'impédance par une contre-réaction.

Ne serait-il pas possible de transposer le principe du "zéro capa d'alimentation" dans un schéma plus classique ou on sortirait sur les sources des MOS, donc à basse impédance ?

Bien amicalement. jean-marc


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 Sujet du message: Re: "Zerocap" V2 - 15W classe A
MessagePosté: Mer 26 Juil 2017, 19:20 
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Bonsoir Jean-Marc,

Merci pour ton interêt.

Avec les MOS j'aime bien sortir sur les drains ce qui évite les limitations d’excursion en sortie du faut des gros Vgs, surtout avec des tensions d'alimentation faibles. Toutefois on peut quand même utiliser les MOS en suiveur au prix d'une perte de rendement ou de l'ajout d'un bootstrap (mais là ça me parait difficile car un bootstrap ne consomme pas un courant constant et il faut un condensateur qui tuerait le concept).

On peut tout à fait adapter le schéma pour sortir à basse impédance. Toutefois, il faut pouvoir contrôler le courant total pour atteindre l'objectif d'un courant consommé constant en dynamique comme en statique. il est possible de faire cela très simplement en réalisation un étage de sortie double-single-ended en pont comme dans un Aleph-X de Nelson Pass ou les double SE de Bernard Duval : Le problème c'est le rendement qui est moitié moins qu'un double push-pull.
On peut ensuite complexifier un peu pour que les sources de courants d'un double SE soient asservies au courant consommés dans chaque branche, dans une structure en X tout en fixant le courant total à une constante. J'avais fait un proto qui fonctionnait comme ça. Là pas de perte de rendement car c'est équivalent à un double push-pull en pont. Une solution possible serait de remplacer les sources de courant fixe par des sources de courant variables du type ALEPH (toujours Nelson Pass), mais il n'y aura pas d'asservissement précis du courant total consommé.

Là, en simu, le rapport entre le swing de courant en sortie d'ampli et le swing de courant consommé et d'environ 1000. A 15W dans 8 ohms, la consommation est donc de 2A + un swing de 4mA peak to peak. Pas besoin de moins et c'est corrélé au signal en sortie ce qui est le plus important.

Cordialement.
Jacques


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 Sujet du message: Re: "Zerocap" V2 - 15W classe A
MessagePosté: Jeu 27 Juil 2017, 09:39 
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Analyse en simulation...

1/ Analyse en fréquence

Fichier(s) joint(s):
Ampli ZeroCap V2 - AC.PNG


Gain = 17dB
Bande-Passante = environ 1MHz : pas forcément une bonne idée mais au moins le déphasage est faible...
Marge de phase = 65°, bien
Produit Gain-Bande = 4.5MHz

2/ Facteur d'amortissement pour 8 ohms

Fichier(s) joint(s):
Ampli ZeroCap V2 - trancient FA.PNG


Sinus de 1A crête injecté à la sortie donne 30mV crête en sortie, ce qui nous fait un Zout de 30 mOhm.
Ce qui fait un FA d'environ 260

3/ PSRR

Fichier(s) joint(s):
Ampli ZeroCap V2 - transcient PSRR.PNG


Non mesurable à la simultation, du fait de l'architecture qui fait de la compensation automatique.
Mais dans le réel ca ne sera pas le cas à cause des problèmes d'appairage

4/ Distorsion

Fichier(s) joint(s):
AMPLI ZEROCAP V2 - Disto 1KH1 1W.PNG


0.0002%, mesuré à 1KHz et 1Wrms sur 8 Ohms. Mais ça remonte pas mal avec la fréquence et la puissance.
C'est essentiellement H3, mais là aussi c'est dû à l'appairage parfait des composants en simulation.


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 Sujet du message: Re: "Zerocap" V2 - 15W classe A
MessagePosté: Jeu 27 Juil 2017, 22:53 
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Bonjour Jean-Marc, à tous

Ta demande à propos d'une éventuelle sortie basse impédance m'a donnée l'idée de tenter le coup. J'aboutis au schéma suivant, tout à fait fonctionnel.

Fichier(s) joint(s):
AMPLI zerocap V2#2.PNG


Il conserve toujours les principales propriétés mais il y a de grosses différences par rapport au premier schéma :
    - sortie à basse impédance au travers d'un étage double SE à source de courant asservies pour avoir le même rendement qu'un double push-pull (et moins de disto)
    - les transistors de sortie sont tous identiques, des N-MOS : très bien pour les appairages et capacités parasites minimales
    - pas de CR globale. La CR est sur l'amplificateur de tension. Mais on pourrait ramener dans la CR tout ou partie de la tension de sortie
    - marge de phase de l'amplificateur de tension nulle. C'est pas bien du tout, mais c'est stable (sûrement l'étage de sortie qui fait tampon avec la charge et/ou le fréquence d'oscillation qui est très haute). A essayer en pratique...
    - tension d'alim plus élevée pour compenser les Vgs des MOS qui sont passé dans le mauvais sens.

Les transistors en simulation : BD135/BD136/BS250 en entrée, et IRF520/BD135 en sortie.

Je n'ai jamais fait d'ampli en BO, alors il me plait bien ce schéma et je crois bien que je vais tenter l'aventure avec celui-ci.

Jacques


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 Sujet du message: Re: "Zerocap" V2 - 15W classe A
MessagePosté: Ven 28 Juil 2017, 11:10 
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Bonjour à tous,
Bonjour Jacques,

une question : il me semble d'après vos schémas que vous utilisez une batterie de 24V en tampon d'alimentation, sans doute également destinée à remplacer les condensateurs de filtrage ?

Si oui, pourquoi mettre une self en série avec la batterie ? Une self série avec la batterie empêchera tout effet de lissage de la tension d'alimentation...

Amicalement. Jean-Marc


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 Sujet du message: Re: "Zerocap" V2 - 15W classe A
MessagePosté: Ven 28 Juil 2017, 12:46 
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Bonjour Jean-Marc,

En fait pas de batterie du tout. C'est juste là pour les tests au simulateur. Elle ne fait pas parti du circuit. Il faut 10s pour stabiliser la tension de la vraie alim (celle de droite dans le schéma). A t=0 on a 0V. Pas pratique ou pas exploitable pour certaines mesures... je la remplace alors par une batterie idéale. je déconnecte l'une au l'autre en fonction de la simulation que je veux réaliser. Là sur le dessin du schéma que j'ai posté c'est effectivement la batterie qui est branchée. C'est vrai que ça n'aide pas à comprendre :roll:

Le vrai schéma testé c'est ça :
Fichier(s) joint(s):
AMPLI zerocap V2#2.PNG


Jacques.


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 Sujet du message: Re: "Zerocap" V2 - 15W classe A
MessagePosté: Ven 28 Juil 2017, 13:41 
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Quelques simulations pour ce second circuit...

1/ fonctionnement sinus 10Kz, 15W


- courbes 1 : entrée et sortie sur 8 Ohms
- courbes 2 : sortie étage amplificateur de tension

Fichier(s) joint(s):
AMPLI zerocap V2#2 - Sinus 10KHz 15W.PNG


2/ Écrêtage sur limitation du courant

- courbes 1 : entrée et sortie sur 8 Ohms
- courbes 2 : sortie étage amplificateur de tension

Fichier(s) joint(s):
AMPLI zerocap V2#2 - écrétage en courant.PNG


3/ Écrêtage sur limitation de tension

- courbes 1 : entrée et sortie sur 8 Ohms
- courbes 2 : sortie étage amplificateur de tension

Fichier(s) joint(s):
AMPLI zerocap V2#2 - ecrétage en tension.PNG


4/ Impédance de sortie / FA


Remplacement de la charge par 1A sinus en entrée ==> 0.24V sinus en sortie
Zout = 0.24 ohm, FA = 33

Fichier(s) joint(s):
AMPLI zerocap V2#2 - Zout.PNG


5/ Slew rate

Pleine puissance en sortie, sur signal carré avec SR de 10ns en entrée.
- courbes 1 : entrée et sortie sur 8 Ohms
- courbes 2 : sortie étage amplificateur de tension
Ca nous fait 1us de temps de montée. Le transcient est pas top du tout au début. LE problème est au niveau de l'étage amplificateur de tension. A regarder de plus près...

Fichier(s) joint(s):
AMPLI zerocap V2#2 - SR.PNG


6/ Distorsion

- courbes 1 : sortie 1Khz 1Wrms sinus sur 8 ohms
- courbes 2 : FFT --> disto essentiellement H3

Fichier(s) joint(s):
AMPLI zerocap V2#2 - disto 1KHz-1Wrms.PNG


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