RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ......

24
RF demodulatie in een audioversterker Poelstra, R.J. Gepubliceerd: 01/01/2006 Document Version Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication: • A submitted manuscript is the author's version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website. • The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review. • The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers. Link to publication Citation for published version (APA): Poelstra, R. J. (2006). RF demodulatie in een audioversterker. (TU Eindhoven. Fac. Elektrotechniek : stageverslagen; Vol. 7996). Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven. General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ? Take down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Download date: 24. May. 2018

Transcript of RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ......

Page 1: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

RF demodulatie in een audioversterker

Poelstra, R.J.

Gepubliceerd: 01/01/2006

Document VersionUitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the author's version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differencesbetween the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact theauthor for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

Citation for published version (APA):Poelstra, R. J. (2006). RF demodulatie in een audioversterker. (TU Eindhoven. Fac. Elektrotechniek :stageverslagen; Vol. 7996). Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven.

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ?

Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.

Download date: 24. May. 2018

Page 2: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

12Capaciteitsgroep Elektrische EnergietechniekElectrical Power Systems

RF demodulatie in een audioversterker

door: R.J. PoeIstraEPS.06.S.367

Defaculteit Elektrotechniek van de

Technische Universiteit Eindhoven

aanvaardt geen verantwoordelijkheid

voor de inhoud van stage- en

afstudeerverslagen

Stagewerk verricht o.l.v.:

Dr. A.PJ. van Deursen

28 november 2006

IE

Page 3: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

Hoofdstuk 1

Probleemstelling

De versterker die in deze stage geanalyseerd gaat worden is ontworpen doorG. Randy Slone en gepubliceerd in "High-power audio amplifier constructionmanual" [1]. Het betreft hier een zogenaamde 3 traps versterker bestaande uiteen spanning naar stroom versterkende differentiële ingangstrap, een stroomnaar spanning versterkende spanningsversterker (VA trap) en een stroomver­sterker met spanningsversterking van ongeveer 1. Zie figuur 1.1.

De versterker heeft bij eerste bestudering geen enkele maatregel tegen hoogfrequente demodulatie. Dit kan tot gevolg hebben dat hoog frequente stralers(zoals een mobiele telefoon) een hoorbaar signaal geven aan de uitgang van deversterker. Dit signaal kan op vele manieren inkoppelen in de versterker. Indeze stage zal alleen gekeken worden naar differential mode inkoppelling op deingang. De demodulatie ontstaat door niet-lineariteiten in halfgeleiders.

In [2] wordt een oplossing voor dit probleem gegeven door het juist toepassenvan condensatoren. In deze stage wil ik echter meer gaan kijken naar de oorzaakvan de demodulatie en zodoende de demodulatie elimineren door de betreffendetrap verder te lineariseren. Aangezien het hier een teruggekoppelde versterkerbetreft is het niet mogelijk om iedere trap afzonderlijk door te meten. Dit maakthet lastig om de demodulerende trap te vinden.

Eventuele modificaties dienen uiteraard niet te leiden tot een achteruitgangvan de kwaliteit in het audiosignaalbereik. In figuur 1.2 staat het gemodificeerdeschema. Hier wordt in paragraaf 2.2 nog op terug gekomen.

1

Page 4: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

vers

terk

er.U

TSC

H.

SH

EE

TS

--T

----·-

V_P

OS

F'

R20

5AC

12

~~

êA2

9C

4

l'U~

8

l~u

~

R25

~

1k<

rce

~K

SA

122Q

Aa1

21k

2SA

l302

__aK

SC

269D

a11

"Ij

R2

êf

'*'~I

~

ac;o

2N55

51:;

;"c

;:::ê~

;:::0

15

R2,

....27

0

!!lg:

,....IN

(a,

...

0

~~I~

",.,....

a2

~l3

R27

R34

R35

'0l--:

>T

2N54

012N

54()1

120

3'"R

17§

g:e

~2

cl;:::

80.

.-

C13

(l)

A4

I

727

0:I

l'UrI

J

PWR_~JD

éi~

(")

220uP

l:I

i:l'"

8~

(l)

~B

Ela1

3K

SA

122D

'""'"

GN

D~ I~~

611

T~2SC32B1

R32

01

4

§iA

29

m~

~<

R13

~ce

II

I

IAC

3I

)"'~f

2N55

510:

R5

Q17

Rl9

R22

~"

1k1

~

""i'"

vN

EG

O.1

uF2

----

---f

"'S SA

Page 5: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

vers

terk

er.U

TSC

H-

SH

EE

T

I5

I4

3I

2I

z cp. ~ rn g. (l

> S ~>"Ij

&q.

>=: >=: .... ......~

Ao cr- r-

:JPOS

~.",

TP2

~2SC3281

)~Q12

Rl8

~K

:<,.S

C"8O

A

11

e,g­

"1

1lil

R13

!Ir

i'J

2N55

5101

0

+-----+

---.o

---+

----..

------r.

~C2690A

2N55

51 Qg

»,~r

I~~

~"f2

0:f.'U

as"..

,~

0"<

.0<

r2N5401~

Ik

l"47U

- ~t

A3I

R2g

GN

D

§~:':

/ij-

"~

ol0

N,"

_""V

,<C

I~

C15

R32

d:J

~

~47

1<.:

A27

lU

:!!::::

R34

RELi.~

r--

v.iei

11

a:RE

L2.

270

Q1B

OU

T2S

Al3

02

GN

O~,~

o

IIN

WI-

-I~~-

'N

N

êN

(j

I IL

B

Page 6: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

Hoofdstuk 2

RF metingen

Tijdens de metingen was de versterker gevoed op ±4,6 V. Dit om te voorkomendat de versterker bij een eventuele oscillatie of iets dergelijks zou sneuvelen.

2.1 Meetopstelling

Een HP 33120A genereerde een signaal van 1kHz ±5V. Dit signaal werd door­gevoerd naar de modulatieingang van een Agilent 33220A, die met dit signaaleen draaggolf AM moduleerde met 80% diepte. De draaggolf had een amplitu­de van 30mVpp in 50r2, De sync-uitgang van de HP generator werd naar deEG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgangvan de Agilent werd naar de ingang van de versterker gevoerd. De uitgangvan de versterker ging vervolgens naar een oscilloscoop en via een laagdoorlaatfilter (kantelfrequentie op 2.2kHz, ingangsimpedantie 9kO) naar de ingang vande lockin amplifier. Dit signaal wordt in de komende figuren aangeduid met"A trap". Bij metingen aan de ingangstrap werd een meetprobe tussen aardeen de basis van Q5 aangesloten (zie figuur 1.1). Dit signaal werd vervolgensop dezelfde wijze behandeld als het uitgangssignaal. Dit signaal zal de naam"Ingangs trap" krijgen in de komende figuren. De draaggolf werd vervolgens infrequentie gevarieerd van 10kHz tot 20MHz.

2.2 Meetwaarden

De meting van de originele versterker geeft de grafiek in figuur 2.1. Hier is tezien dat er duidelijk meer demodulatie optreedt bij hogere frequenties. In dezefiguur is ook de demodulatie component van de generator zelf opgenomen. Zoalste zien is, is de versterker inderdaad de grootste bron van de gemeten 1kHz.

Om er zeker van te zijn dat het hier kwadratische detectie betreft door deniet-lineariteiten in de halfgeleiders kunnen we kijken naar het gedrag van dedemodulatie bij 1 draaggolf frequentie met verschillende amplitudes. Vervolgenszien we duidelijk dat de demodulatie optreedt door kwadratische detectie (figuur2.2).

Om te onderzoeken welk aandeel de VA trap in de demodulatie heeft hebik metingen gedaan nadat ik het darlington paar vervangen had door 1 enkeletransistor. Dit is mogelijk omdat de steilheid van 1 transistor op zich voldoende

4

Page 7: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

is. Een enkele transistor geeft in dit geval naar verwachting een veellineairderestroom naar spanningsconversie. Dit omdat de tweede transistor (Q6) span­ningsgestuurd is. In figuur 2.3 staan de meetresultaten.

Om te kijken of een lineairdere transistor zoals een MOSFET een positieveinvloed heeft, zijn de verschillende trappen met verschillende configuraties vanMOSFET transistoren doorgemeten. In eerste instantie zijn de differentiëleingangstransistoren vervangen door MOSFET's. Vervolgens is ook de VA trapvervangen door I MOSFET transistor. Als laatste is de ingangstrap weer metBJT's uitgevoerd, zodat de VA trap met alleen MOSFET's gemeten kon worden.De resultaten staan in figuren 2.4 en 2.5.

Als laatste meting is gekeken of de stroomspiegel in de ingangstrap invloedheeft op het demodulerende gedrag. Hiertoe is de basis-emiter diode van QlOuit het signaalpad gehaald. Hiertoe is de collector van QlO verbonden met eenstroombron van ±2,3mA en de collector van Q2 met de negatieve voedingsspan­ning. De resultaten staan in figuur 2.6.

Als we vervolgens kijken naar de suggesties die aangedragen worden in [2],dan verkrijgen we de resultaten in figuur 2.7. Zie ook figuur 1.2 voor het gemo­dificeerde ontwerp. De belangrijkste wijzigingen betreffen hier R37, C2, Cl4 enC6.

Hiermee zijn alle halfgeleiders die zich direct in het signaalpad bevindenbekeken. Het is ook mogelijk om te kijken naar invloeden van het printplaat­ontwerp op de demodulatie. Hiertoe is een nieuwe print ontworpen. Zowel hetoude (originele) als het nieuwe ontwerp zijn opgenomen in bijlage B. Bij hetnieuwe ontwerp is sterk gelet op het dicht bij elkaar liggen van de referentiepunten en het klein blijven van de stroomkringen. Er zijn een paar kleine aan­passingen gedaan aan het schema. Dit nieuwe schema is ook opgenomen inbijlage B. Deze aanpassingen zijn van dien aard dat ze geen invloed hebben opde metingen of de betreffende componenten zijn weggelaten tijdens de meting.

Doen we een metingen met dit nieuwe ontwerp, dan krijgen we de resulta­ten zoals in figuur 2.8. Hierbij is er zowel een meting gedaan met een zo goedmogelijke benadering van het originele schema, als een meting waarbij er band­breedte beperking is toegepast in de terugkoppellus en een meting met eveneenseen ingangsfilter (R37 en Cl).

5

Page 8: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

.....1

1

-./

-.

//

1'I

Figuur 2.2: lkHz gedemoduleerd, spanningsafhankelijkheid

spanning AM signaal [mVtop]

Figuur 2.1: lkHz gedemoduleerd, originele versterker

6

--10kHz--20kHz--50kHz--100kHz--200kHz--500kHz--1MHz--2MHz--5HMz--10MHz--20MHz

10-4L-_~~~~~...L._~~~~~""""'_~_~~~--.J~_~~_~.......J

1O· 105 106 10' 106

draaggon frequentie (Hz]

102r-~~~~'-----~~~~"-~~~~~;:::::::'====::::::::::::::::;l

--VAtrap- - - Ingangs trap. - . - Generator

10'"

10'"

"'Ê>oS -1Cl 10c'ëc

~

Page 9: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

\\

\\

\

\\

\

\

-~\0--\

\ - - -

--VA trap- - - Ingangs trap

VA trap origineelIngangs trap origineel

106

draaggolf frequentie [Hz]

/

/

/

/10-2

10-4,--~_~~~,"",----_~~~~.....L_~~~~........J._~~~~.........J

104

10""

7j)E:>.s _,~ _0> 10c<::cas"-Ol

7

10....'---~~~~.....L_~~~~-"'---~~~~.....J._~~~~~

1~ 1~ 1~ 1~ 1~draaggon frequentie [Hz]

102r-~-~~~"'--~~~~;:::::r:==:::::::=::':::=:::O:=:~===:::=====;l

--VA trap (differentiele MOSFET's)- - - Ingangs trap (differentieIe MOSFET's)

VA trap origineelIngangs trap origigneel

Figuur 2.4: lkHz gedemoduleerd, MOSFET transistoren

Figuur 2.3: lkHz gedemoduleerd, VA trap met 1 transistor

~ 10°enE:>.s -1Cl 10c"ëccoClen 10-2

Page 10: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

8

\ '

\

\

\

\"

10'

102 r-~-~~~"----~-~~'7=====::::==::::::::::::!====::::::::::::::==::::;-l.... VA trap (ook VA trap MOSFET)

- . - Ingangs trap (ook VA trap MOSFET)----+-- VA trap (alleen VA trap MOSFET)

VA trap origineelIngangs trap origineel

10-4,--_~~~~..........._~~~~~-,--_~~~~-...L_~~~~~

1~ 1~ 1~ 1~ 1~draaggo~ frequentie (Hz]

Figuur 2.5: lkHz gedemoduleerd, MOSFET transistoren

--VA trap- - - Ingangs trap

VA trap origineelIngangs trap origineel

Figuur 2.6: lkHz gedemoduleerd, losgekoppelde stroomspiegel

10-"

UiE>.s _,Ol 10cCClilc-U>

~ 10°(J)

E:>oS

10-1OlC / -----,'e / "c<ll / \Cl.

10-2 \(J) // \

/ " ,/

I/

/

10-3 1 /

\ /

I/

10-410

410

510

610

710

8

draaggolf frequentie [Hz]

Page 11: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

9

Figuur 2.8: lkHz gedemoduleerd, Nieuwe printlayout

--VA trap nieuwe layoutVA trap met bandbreedte beperking

- - VA trap nieuwe layout met filterVA trap origineel

Figuur 2.7: lkHz gedemoduleerd, Goedbloed modificatie

10-4L-~~~~~'-~~~~~'-~~~~~'-~~~~..........J

10· 1~ 106 107 108

draaggolf frequentie [Hz]

10-4 L-~~~~~'-~~~~~'-~~~~~'-~~~~..........J

1~ 1~ 1~ 1~ 1~draaggolf frequentie [Hz]

10-3

102E~~~~""-----~-~"""'-~-;=::::'::':::::::::::'========~

I-VAtrap IVA trap origineel

Page 12: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

Hoofdstuk 3

AF metingen

Zoals eerder gezegd dienden de modificaties die uitgevoerd zijn niet te leidentot een verslechtering van de audiokwaliteit. Hiertoe is een meting bij AudioElectronics Mattijsen uitgevoerd. De meting is uitgevoerd met een Audio Pre­cision System One. De eerste meting die daarbij is uitgevoerd is figuur 3.1. Watopvalt is dat de gemodificeerde print een iets lagere THD+N heeft (rechts). Ookis duidelijk de werking van het laagdoorlaat filter te zien. Verder is duidelijk tezien dat de THD toeneemt bij hogere frequentie en hoger vermogen.

Rond de 50Hz zit een dipje in de THD+N meting. Deze is afkomstig van eenbromcomponent in de voedingsspanning. De System One bepaalt de THD+Nmet behulp van een notch filter. Als de gegenereerde frequentie 50Hz is, zal hetnotch filter de 50Hz weg filteren en zo ook de brom dus verlagen. Vandaar dater een dipje ontstaat rond 50Hz. Als we vervolgens gaan kijken naar een metingwaarbij er gemeten is met een nieuwe voeding (figuur 3.2), dan zien we dat hetgebruik van een andere voeding een drastische verbetering van de THD+N totgevolg heeft. Hieruit is te concluderen dat de PSRR van de versterker wat aande lage kant is.

Een vergelijking van de kanalen met de andere voeding geeft in essentiedezelfde meting als figuur 3.1 echter dan met een paar dB minder THD+N(figuur 3.3).

Als laatste is er nog een meting gedaan die de amplitudekarakteristiek be­paalt (figuur 3.4). Hier is duidelijk de werking van het laagdoorlaat filter tezien. Hieruit is te concluderen dat de THD+N ongeveer -78dB - -82dB is.

10

Page 13: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

THD+N

THD+N Linker kanaal

- - - -, '.

/.'- ..... "/

//

/

/

//

/

/;.;"

.. . . ...-~ ....... _.

---- /, -=-..-_~_-..,::::::,-----_.-.- -'-.-- -"':'-,,,:"..::! ~

-45

-3°r--;====;-.-.,----~~,.....,--~~~~..---~~~"'"";/~

--0.1mV I

50mV I-.- 100mV I

- - -200mV I

--400 I

/ II

II

/

II

//

/

-40

-35

-251~~~"""""""''-~-;:=::==::::::::::'::::;::::==:::::::;''~T"T"TT-~~~1--Links @ 100mV

.... Links @ 400mV_. _. Rechts @ 100mV

- - - Rechts @ 400mV-30

Figuur 3.2: Tweede THD meting

_651--~-~~~L-_~~~~.........J_-~~~~.......J._~-~~~.....J

10 100 1k 10k 100kFrequentie [Hz]

-65

-60

11

-35

Figuur 3.1: Eerste THD meting

_75L---~~~~...L-~~~~~'-"-'--~-~~-.........J'---~--~............J

10 100 1k 10k 1OOkFrequentie [Hz]

-50

-40

-55

-60

s-!€l -50~z+~ -55t-

s­CD-0

>ZO -45+oi:

Page 14: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

------'-----~--------------

lOOk

lOOk

',I

,....-- ......

10k

10k

"-"-

\

\

\

\\

\\

-- Links @ 100mV... Links @ 400mV

. _. - Rechts @ 100mV- - - Rechts @ 400mV

I-links I- - - Rechts

r/.

/ :/ .

/

//

II

I

I/

//

//

/. ~ '0"-

THD+N

1kFrequentie [Hz]

12

1kFrequentie [Hz)

Amplitude karakteristiek @ 100mV

100

100

Figuur 3.3: Derde THD meting

Figuur 3.4: Amplitudekarakteristiek

-

-55

-45

-35

-60

-65

-40

s­'"'">ZO -50+oi=

13

12.5

12

11,5

11

10,5

S- 10

'""0 9,5~Ol 9"03a 8,5E« 8

7,5

7

6,5

6

5,5

510

Page 15: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

Hoofdstuk 4

Voedingsstoring

In de voorbereidingen voor de meting bij Audio Electronics Mattijsen kwamener enkele problemen boven water die bij de eerdere metingen niet opgevallenwaren.

Om een goed beeld te krijgen van een mogelijke degradatie van de nieuweprint ten opzichte van de oude, zijn beide ontwerpen in een kast ondergebracht.Het nieuwe ontwerp als het linker kanaal en het oude als het rechter.

Het eerste probleem was een stoorstroom die ervoor zorgde dat er een re­delijke hoeveelheid brom van 50Hz uit de versterker kwam. Deze stoorstroomliep op gelijke wijze door de linker en rechter kanaal print. Het pad bestond uitde aarde van het ingangssignaal, de aarde van de printplaat, de ontkoppelcon­densatoren van de voeding, de voedingsdraden, de transformator, de steraarde,de verbinding tussen kast en steraarde en via de kast naar de ingangsconnec­tor, waar de lus zich kon sluiten. Dat de stoorstroom over de aarde van deingangsdraad liep was redelijk snel gevonden, waar deze stroom bleef was ech­ter een lastiger probleem. De enige wijze waarop geconcludeerd kon wordendat de stroom via de voeding en de transformator de lus sloot was door alleandere mogelijke paden uit te sluiten. Het probleem is vervolgens verholpendoor de aarde van de printplaat in twee delen te scheiden en deze apart vanaarding en ontkoppelcondensatoren te voorzien (220j.l. en O.lj.1.). Door middelvan een weerstand van lOOn is een scheiding aangebracht tussen de twee parenkoppelcondensatoren in de voedingslijn. Hierdoor zal een stoorstroom niet viaaarde van de print de "achterste" condensatoren kunnen bereiken (het aardvlakis tenslotte doorgesneden). Als de stoorstroom via de "voorste" condensatorenprobeert de lus te sluiten, dan ziet het na de ontkoppelcondensatoren een im­pedenatie van lOOn in de voedingslijn. Aangezien dit hoogimpedant is, zal destroom dus niet verder kunnen lopen en zal de stoorspanning zich hier opbou­wen. Dit is een relatief onschuldige plaats, waardoor het probleem als verholpenbeschouwd kan worden.

Het tweede probleem was het restant brom dat overbleef na bovenstaandebehandeling. Ook deze brom kwam in beide kanalen in gelijke mate voor enveranderde ook in gelijke mate bij kleine wijzigingen op zoek naar de fout.Beide printen hebben een wezenlijk andere printlayout, mechanische constructie,positie en oriëntatie in de kast. Dat de brom door straling van de transformatorkwam was daardoor onwaarschijnlijk en is door het al dan niet afschermen vande transformator en andere delen ook uitgesloten. Zelfs het 1 meter uit de

13

Page 16: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

kast nemen van de transformator en gelijkrichter veranderde niets aan de brom.Het aansluiten van een externe voeding leek de brom volledig te verhelpen.Hieruit is te concluderen dat het ook niet een oscillatie of iets dergelijks betrof.Door het toevoegen van extra buffer capaciteiten bleek dat de brom in verbandmet de grootte van de extra capaciteit verminderde. De meest waarschijnlijkeverklaring voor de aanwezigheid van de brom is dan dat de voedingsrimpel nietvoldoende door de versterker onderdukt werd. De PSRR van de versterker isdus te laag.

Ten aanzien van de metingen bij AEM is besloten om de meting met eenexterne voeding uit te voeren en het bromprobleem later te verhelpen.

14

Page 17: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

Hoofdstuk 5

Analyse en conclusie

5.1 Analyse

Zoals te zien is uit de meetresultaten van de RF metingen is het mogelijk om degedemoduleerde component te verminderen onmiddelijk na de ingangstrap meteen factor 10. Dit heeft echter nauwelijks effect op het uitgangssignaal en dezewordt in sommige gevallen zelfs slechter, zie hiertoe bijvoorbeeld figuur 2.4. Ditillustreert de complexiteit van het gehele probleem, waarbij het niet mogelijk isom zomaar een schuldige versterkingstrap aan te wijzen.

Als we vervolgens kijken naar de modificatie zoals die in [2] beschreven zijn,dan zien we dat een reductie wel degelijk mogelijk is voor het hoogfrequente ge­bied. In het audiogebied wordt de demodulatie (of intermodulatie) niet geredu­ceerd, waaruit blijkt dat deze modificatie de schakeling niet verder lineariseert,maar meer de storende signalen onderdukt, waardoor de niet-lineariteiten incombinatie met hoogfrequente storingen geen invloed hebben op het gewenstesignaal.

Een ander, in theorie beter, printontwerp heeft nauwelijks invloed op deprestaties van de versterker in het RF signaalbereik. Bij het originele schemais er geen verbetering te constateren. De THD+N is wel verbeterd door demodificatie.

Zodra bandbreedtebegrenzing toegepast wordt blijft de demodulatie voorlangere tijd laag, maar gaat bij hogere frequenties toch een rol spelen. Alleenhet filteren aan de ingang is effectief en houdt de demodulatie laag over hetgemeten bereik.

5.2 Conclusie

Ondanks dat de modificaties uit [2] een positieve invloed hebben op de demo­dulatie is het niet gelukt om deze demodulatie te verkleinen door de versterkerverder te lineariseren. Ook is het niet gelukt om een deel van de schakelingaan te wijzen als de demodulerende sectie. Een ander printontwerp biedt in ditgeval ook niet de juiste oplossing. Het juist toepassen van filters lijkt de enigeoplossing om de demodulatie te voorkomen.

15

Page 18: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

Bijlage A

Evaluatie

Toen ik met de stage begon had ik een goed zicht op de globale werking vande versterker. Ik kon de hoofddelen aanwijzen en wist wat ze deden, maarniet exact hoe ze dat deden. Naarmate de stage vorderde werd ik gedwongenom actief over de werking na te denken met als gevolg dat ik inmiddels eengoed beeld heb van de werking, inclusief de details. Uiteraard blijven er enkelepunten die bij mij nog vragen oproepen of die ik nog niet helemaal heb kunnendoorgronden, maar het merendeel begrijp ik wel inmiddels.

Hetzelfde geldt eigenlijk voor het meetwerk dat ik bij deze stage heb moetenverrichten. De eerste metingen duurden het langst, omdat ik weinig ervaringhad met het verrichten van goede metingen en dus relatief veel tijd nodig had omzo'n meting op te zetten. Ook het besef van het hoe en waarom van de metingis beter geworden. Dit blijkt onder andere uit het opbouwen en gebuiken vande meetopstellingen. Dit had in het begin meer tijd nodig. Aan het eind van destage was dat geen enkel probleem en had ik een correcte meetopstelling in eenmum van tijd opgebouwd. Ook de analyse van de meetresultaten en een globaleconclusie gingen aan het einde vele malen sneller. Ik denk dat ik kan zeggen datik meer 'gevoel voor het vak' heb gekregen.

Verder heb ik meer inzicht gekregen in de werking van transistoren. Alhoeweldeze natuurlijk allang behandeld waren bij de colleges Elektronica 2 en 3, hebbenwe tijdens de OGO niet veel kans gehad ook daadwerkelijk met transistoren tewerken. Daardoor was een groot deel van de kennis weggezakt. Door deze stageheb ik de stof weer eens grondig door genomen en ook direct kunnen toepassen.

Het maken van een (goed) printontwerp is een lastige klus en daar heb ik nudus een keer goed kennis mee kunnen maken. Ondanks dat goede software nietdirect voorhanden was, ging het laten fabriceren van de printen vrij gemakkelijk.

16

Page 19: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

Bijlage B

Printplaat ontwerpen

17

Page 20: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

18

Page 21: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

19

Page 22: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

Figuur B.3: Nieuw printontwerp - Koper boven

Figuur BA: Nieuw printontwerp - Koper onder

tK

20

o

Page 23: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

21

Page 24: RF demodulatie in een audioversterker - pure.tue.nl · PDF file~2SC3281) ~Q12 Rl8 ~ K: ... EG&G model 5302 lockin amplifier gevoerd als referentie signaal. De uitgang van de Agilent

Bibliografie

[1] G. Randy Slone. High-power audio amplifier construction manual. McGraw­Hill, 1999.

[2] J.J. Goedbloed K. Riemens A.J. Stienstra. Verbetering hf-immuniteit vanversterkers met tegenkoppeling. Elektronica, page 65, 1984.

22