ช่วยเราเติมเต็มข้อมูล
จำนวนการเปิดอ่าน 10,889
ให้คะแนนสำหรับเนื้อหานี้

โครงงาน C-320 ตอน1

โดย Mr.K

วงจรเพาเวอร์แอมป์ NAD รุ่น C320 ซึ่งเป็นโปรเจคอีกตัวหนึ่งที่น่าสนใจที่ผมกำลังทำการศึกษาค้นคว้าอยู่
NAD C 320 เป็นอินทริเกรตแอมป์รุ่นเล็ก กำลังขับรวม 50+50W เท่านั้น โดยผมจะยกเฉพาะในส่วนวงจรเพาเวอร์แอมป์มาศึกษา สิ่งที่โดดเด่นในเพาเวอร์แอมป์รุ่นนี้คือการออกแบบวงจรภาคขยายเป็นแบบ Current Feedback ซึ่งในบ้านเราอาจจะรู้จักยังไม่มากนัก

 

รูปที่ 1 NAD C 320

 

ที่มารูปภาพ http://www.hifi.nl/recensies/1750/NAD-stereoset.html

อะไรคือ Current feedback ?
     Current feedback คือวิธีการป้อนกลับด้วยกระแส ซึ่งแตกต่างจากรูปแบบการป้อนกลับด้วยแรงดันเหมือนในเพาเวอร์แอมป์ที่เราคุ้น เคยทั่วๆไป วงจรขยายเสียงแบบ Current feedback ออกแบบมาเพื่อแก้ไขข้อบกพร่องของวงจรเพาเวอร์แอมป์ที่ป้อนกลับด้วยแรงดัน ซึ่งมีข้อด้อยคือเมื่อเราต้องการอัตราขยายหรือ Gain ของวงจรที่สูงขึ้นจะทำให้แบนด์วิธของวงจรลดลงทำให้กราฟตอบสนองความถี่ย่าน สูงไปไม่ไกลนัก แต่สำหรับวิธีป้อนกลับด้วยกระแสแบนด์วิธของวงจรจะกว้างกว่าแม้มีการเพิ่ม อัตราขยายที่สูงขึ้นแบนด์วิธก็ยังคงเพิ่มขึ้น ดังนันถ้าเรานำหลักการ Current feedback มาออกแบบเพาเวอร์แอมป์จะทำให้เพาเวอร์แอมป์ตอบสนองความถี่สูงได้ถึง 100kHz ขึ้นไปไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป

ลิ้งด้านล่างเป็นข้อมูลเกี่ยวกับ Current feedback ลองศึกษาเพิ่มเติมดูครับ
http://www.andiha.no/articles/audio/dcamp.htm#4.Current

*บทความนี้ผมขออนุญาต ปรับปรุงแก้ไขข้อความและเนื้อหาเพื่อเพิ่มความสมบูรณ์นะครับ
ถ้ามีอะไรผิดพลาดประการใดผมยินดีรับชี้แนะ

รูปที่ 2 วงจรภาคเพาเวอร์แอมป์ NAD C 320

 

    จากวงจรด้านบนเข้าสู่ขั้นตอนการ simulation ด้วยโปรแกรม orCAD  วงจรออกมาดังรูป วงจรที่ใช้ในโปรแกรม orCAD อาจจะไม่ตรงกับอุปกรณ์จริงทั้งหมดเพราะติดปัญหาเรื่องไลบารี่ของอุปกรณ์แต่ สามารถหาอุปกรณ์เบอร์ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงแทนไปก่อน เมื่อเวลาสร้างจริงจึงจะมาทำการปรับเปลี่ยนใหม่อีกที อย่างน้อยการ sim ก่อนก็ทำให้เรารู้ว่าวงจรทำงานได้แล้ว และยังได้แนวทางสำหรับการที่จะปรับปรุงแก้ไขข้อบกพร่องต่างๆของวงจรที่พบ ระหว่างการ sim ได้อีกด้วย จากวงจรรูปที่ 3 ผมได้เปิดแรงดันไว้ทุกจุดแล้วนะครับ

*จากการซิมมูเลชั่น ปรับค่า R13 ได้ค่า 136 โอห์มได้แรงดัน Output Offset เพียง 5.2mV ปรับค่ากระแสสงบด้วย R42 จนได้กระแสสงบประมาณ 30mA

 รูปที่ 3 แรงดันตามจุดต่างๆของวงจร

 


รูปที่4 เปิดกระแสทุกจุดของวงจร
 

    ผลการ sim แสดงในรูปที่ 5 ตอบสนองความถี่หน่วยเป็น dB และการตอบสนองทาง Phase โดยใช้สันญาณอินพุต 1Vp
วงจร นี้อัตราขยายประมาณ 25dB หน่อยๆ ซึ่งคำนวณได้จาก R23/R24 คือ 2.7K/150 = 18 เท่า เมื่อแทนในสูตร 20log(18) จะได้เท่ากับ 25.105dB พอดีๆ

 

 รูปที่5 ผลการตอบสนองความถี่และผลการตอบสนองทางเฟส


   จากรูปที่5 เส้นสีแดงเป็นการตอบสนองความถี่ถือว่าทำได้ดีเยี่ยม จากประสบการณ์การ sim วงจรป้อนกลับแบบแรงดันที่ผมเคยทดลองมาไม่มีวงจรไหนสามารถให้ผลการตอบสนอง ความถี่ได้ดีถึงขนาดนี้เลย ทำไมเราต้องออกแบบวงจรให้ตอบสนองความถี่ได้สูงเกินหูมนุษย์ได้ยิน หลายท่านอาจสงสัย เรื่องนี้คงต้องพึ่งคำตอบจากเซียนหูทองหรือนักเล่นเครื่องเสียงภายในบ้าน ครับ แต่สำหรับงาน PA บางครั้งเราจะตัดความถี่ส่วนเกินเหล่านี้ออกจากระบบด้วยซ้ำ แต่ในความคิดของผมการที่วงจรขยายสามารถขยายสัญญาณได้ความถี่สูงๆได้ดีนั้น เป็นการบอกถึงศักยภาพขั้นสูงของวงจรนั้นๆไม่ว่าจะเป็นค่าสรูเรท การทำงานที่รวดเร็วจึงทำให้ผลของการเลื่อนเฟสที่ความถี่สูงๆมีน้อยกว่าซึ่ง ผลตามมาคือการขยายสัญญาณได้อย่างไม่ผิดเพี้ยนตลอดย่าน 20-20kHz และถ่ายทอดรายละเอียดดนตรีได้ครบถ้วน

    การตอบสนองทางเฟสแต่ละความถี่ แสดงเป็นเส้นสีเขียวซึ่งก็ทำได้ดีมากเช่นกัน ที่ความถี่ต่ำๆเฟสจะมีการนำหน้าเล็กน้อย แต่โดยรวมแล้วในย่าน 20-20kHz เฟสของสัญญาณมีการเลื่อนที่น้อยมาก จากผลการตอบสนองทางเฟสเมื่อนำมาวิเคาราะห์ทำให้รู้ว่า โดยปกติของวงจรขยายสัญญาณทุกชนิดหากเฟสของสัญญาณ ณ. ความถี่ใดมีกาเลื่อนเฟสครบ 360 องศา และ Gain มีค่า>1เท่า จะเกิดการออสซิลเลทที่ความถี่นั้น ดังนันจากกราฟนี้ที่ความถี่สูงๆ Gain ลดลงมากแล้วแต่การเลื่อนเฟสยังไม่ถึง 200 องศานั่นหมายถึงโอกาสที่จะเกิดออสซิลเลทในวงจรนี้เป็นไปได้น้อยหรือไม่มีเลยครับ

 

 รูปที่6 สัญญาณเมื่อเกิดการขยายสูงสุด

   มาดูรูปสัญญาณที่เกิดการขยายสูงสุดที่โหลด 8 โอห์มกันบ้างจากรูปที่6 ที่ความถี่ 1kHz ได้แรงดันสูงถึง 42Vp  กินแรงดันอินพุตไป 2.4Vp หรือ ประมาณ 1.7Vrms ลองมาคำนวณเป็นกำลังเอาต์พุตกัน


จากสูตร

P(rms)     = Vrms ^2/R
 Vrms       =  Vp/1.414
               = 42/1.414
Vrms        = 29.7

P(rms)   =  29.7^2/8
            =  110.2 Wrms

นับ ว่ากำลังเอาต์พุตสูงไม่เบา แต่อย่าลืมว่าการ sim เราใช้แรงดันไฟเลี้ยงวงจรเป็นแบบอุดมคติเมื่อนำวงจรภาคจ่ายไฟจริงมาใช้กำลัง เอาต์พุตจะไม่ได้เยอะขนาดนี้ครับ
ซึ่งNAD C320 ระบุกำลังเอาต์พุตที่ 8โอห์ม ขณะ Clip ไว้เพียง 68W เท่านั้น

 

 รูปที่ 7 สเป็กตรัมความเพี้ยนฮาร์โมนิกของสัญญาณไซน์ความถี่ 1kHz ที่กำลังเอาต์พุต 1 วัตต์

 

    จากรูปที่7ใช้สัญญาณ sine wave 1kHz จ่ายสัญญาณอินพุตให้กำลังเอาต์พุตออกเป็น 1W at 8 Ohm
ผล ออกมาดังรูปเป็นสเป็กตรัมความถี่ 1kHz ของสัญญาณที่ผ่านการขยายจากวงจรนี้ตั้งใจใจใช้กราฟนี้เพื่อหาค่าความเพี้ยน รวม (THD) จากกราฟในช่วงความถี่ต่ำๆที่มีสเป็กตรัมสัญญาณค่อนข้างสูงน่าจะ เกิดจาก Noise พื้นฐานของวงจร ส่วนความเพี้ยนที่สังเกตเห็นจะเป็นช่วงฮาโมนิกที่เกิดขึ้นหลังจากสัญญาณ 1kHz จากการทดลองได้เปลี่ยนค่ากระแสสงบให้น้อยลง จะได้ฮาร์โมนิกคี่ คือ 3kHz , 5kHz ,7kHz ...เป็นต้นไป  ซึ่งเป็นฮาร์โมนิคของความเพี้ยนที่ปรากฎให้เห็นได้อย่างชัดเจน

จากข้อมูลเป็น Output file การแสดงการหาความเพี้ยน THD ด้วยโปรแกรม Pspice โดยวิเคราะห์จากฮาโมนิคทั้งหมด 20 ลำดับ

เมื่อตั้งกระแสสงบไว้ที่ประมาณ 30mA

 HARMONIC   FREQUENCY    FOURIER    NORMALIZED    PHASE        NORMALIZED
    NO         (HZ)     COMPONENT    COMPONENT    (DEG)       PHASE (DEG)

     1     1.000E+03    2.930E+00    1.000E+00   -6.462E-02    0.000E+00
     2     2.000E+03    3.203E-05    1.093E-05    6.390E+00    6.519E+00
     3     3.000E+03    4.874E-05    1.663E-05    1.547E+02    1.549E+02
     4     4.000E+03    4.343E-05    1.482E-05   -9.326E+01   -9.300E+01
     5     5.000E+03    3.854E-05    1.315E-05    4.946E+01    4.979E+01
     6     6.000E+03    4.252E-05    1.451E-05   -1.705E+02   -1.701E+02
     7     7.000E+03    3.427E-05    1.169E-05   -3.535E+01   -3.490E+01
     8     8.000E+03    3.375E-05    1.152E-05    1.146E+02    1.151E+02
     9     9.000E+03    3.273E-05    1.117E-05   -1.227E+02   -1.221E+02
    10     1.000E+04    3.136E-05    1.070E-05    2.162E+01    2.227E+01
    11     1.100E+04    2.938E-05    1.003E-05    1.521E+02    1.528E+02
    12     1.200E+04    2.523E-05    8.608E-06   -8.357E+01   -8.280E+01
    13     1.300E+04    2.071E-05    7.067E-06    5.885E+01    5.969E+01
    14     1.400E+04    1.964E-05    6.701E-06   -1.659E+02   -1.650E+02
    15     1.500E+04    1.605E-05    5.479E-06   -4.179E+01   -4.082E+01
    16     1.600E+04    1.391E-05    4.747E-06    1.057E+02    1.067E+02
    17     1.700E+04    1.285E-05    4.385E-06   -1.265E+02   -1.254E+02
    18     1.800E+04    9.564E-06    3.264E-06   -8.623E+00   -7.460E+00
    19     1.900E+04    1.187E-05    4.051E-06    1.322E+02    1.335E+02
    20     2.000E+04    1.027E-05    3.505E-06   -1.125E+02   -1.112E+02

     TOTAL HARMONIC DISTORTION =   4.345711E-03 PERCENT  THD= 0.0043457%

 

 รูปที่ 8 สเป็กตรัมความเพี้ยนฮาร์โมนิกของสัญญาณไซน์ความถี่ 1kHz ที่กำลังเอาต์พุต 1 วัตต์ เมื่อตั้งค่ากระแสสงบน้อยลง

จากรูปที่8 เมื่อตั้งกระแสสงบให้มีค่าต่ำลงความเพี้ยนจะปรากฎให้เห็นได้อย่างชัดเจน

 HARMONIC   FREQUENCY    FOURIER    NORMALIZED    PHASE        NORMALIZED
    NO         (HZ)     COMPONENT    COMPONENT    (DEG)       PHASE (DEG)

     1     1.000E+03    2.930E+00    1.000E+00   -6.710E-02    0.000E+00
     2     2.000E+03    5.354E-05    1.827E-05   -1.747E+02   -1.746E+02
     3     3.000E+03    1.254E-04    4.280E-05   -1.233E+02   -1.231E+02
     4     4.000E+03    4.720E-05    1.611E-05   -1.031E+02   -1.028E+02
     5     5.000E+03    1.126E-04    3.843E-05   -1.282E+02   -1.279E+02
     6     6.000E+03    3.769E-05    1.286E-05   -3.043E+01   -3.002E+01
     7     7.000E+03    1.578E-04    5.387E-05   -1.178E+02   -1.173E+02
     8     8.000E+03    2.654E-05    9.058E-06    6.206E+01    6.259E+01
     9     9.000E+03    1.532E-04    5.227E-05   -9.593E+01   -9.533E+01
    10     1.000E+04    2.388E-05    8.151E-06    1.580E+02    1.586E+02
    11     1.100E+04    1.182E-04    4.032E-05   -8.749E+01   -8.675E+01
    12     1.200E+04    2.808E-05    9.583E-06   -1.214E+02   -1.206E+02
    13     1.300E+04    1.012E-04    3.453E-05   -9.709E+01   -9.622E+01
    14     1.400E+04    3.105E-05    1.060E-05   -6.045E+01   -5.951E+01
    15     1.500E+04    1.219E-04    4.159E-05   -1.060E+02   -1.050E+02
    16     1.600E+04    2.301E-05    7.853E-06    5.893E+00    6.967E+00
    17     1.700E+04    1.366E-04    4.663E-05   -9.712E+01   -9.598E+01
    18     1.800E+04    6.486E-06    2.213E-06    5.478E+01    5.599E+01
    19     1.900E+04    1.334E-04    4.552E-05   -9.029E+01   -8.902E+01
    20     2.000E+04    7.589E-06    2.590E-06   -1.318E+02   -1.305E+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION =   1.375570E-02 PERCENT THD= 0.013756%

 

จากที่ได้วิเคราะห์วงจรกันไปแล้ว นับว่าเป็นวงจรที่น่าสนใจไม่น้อย ครั้งหน้าเราจะเริ่มลงมือออกแบบ PCB และลุยในภาคปฏิบัติกันครับ

 

*บทความนี้เผยแพร่ที่

www.diyaudiovillage.net เมื่อกรกฎาคม 15, 2011

www.un-sound.com เมื่อ กรกฎาคม 18, 2011 และนำมาเรียบเรียงใหม่โดยเจ้าของบทความเอง

0 ความคิดเห็น

PREVIEW
-
จ่ายเงิน

ตะกร้าสินค้า

ดูตะกร้าสินค้าของฉัน
คลิ้กที่นี่ถ้าลืมรหัสผ่าน
0.010457