DIY : ampli à AOP massivement parallèles

[jacquese]

Bonjour Jacques,

avant tout, un grand bravo pour cette étude et ta réalisation en cours ! Un concept novateur + une technologie sophistiquée = un Objet de Désir...

pour mieux comprendre les problèmes que tu as rencontré avec la mise au point de l'ampli classe A:
est-ce le passage du montage expérimental (en l'air ou sur plaque à trous) à l'implantation sur ton magnifique CI multicouche qui a nécessité ces changements de valeur de R ?

Au plaisir de te lire dans l'achèvement de cet Ampli hors du commun...

Merci Jean-Yves,
Non, pas de souci de ce côté là. C'est une modification des valeurs des résistances de CR entre la simulation et la mise en œuvre. Je me demande bien pourquoi j'ai mis ces valeurs dans le schéma sous Kicad alors que j'avais autre chose dans le schéma simulé. Là avec les résistances de 100 ohms utilisées au départ, le circuit ne peut tout simplement pas marcher.
Je ne m'ennuie jamais avec une étape intermédiaire de prototypage en l'air ou plaque à trou avec la réalisation des PCB. Je fais toujours confiance au simulateur. Contrairement à ce que beaucoup écrivent ici, mon expérience est que le fonctionnement d'un circuit en réel se comporte globalement comme au simulateur, même en terme de perf. Je n'ai que deux soucis à régler et pas à chaque fois :
 - les problème de stabilité (certainement lié au couplage via le PCB alors qu'un schéma simulé ne le prend pas en compte), c'est généralement pas trop sévère
 - les problèmes d'offset, mais la c'est parce que je ne vais pas assez loin dans les tests au simulateur (je devrais à chaque fois dépareiller des composants pour voir ce qu'il se passe de manière plus approfondie, mais l'explosion combinatoire limite l'étude).
Sur ce dernier point, j'ai utilisé des dual transistors en boitier SOT23-6 appairés en usine (DM1MT5401 et DMMT5551) sensé avoir un matching de Vbe à 2mV et un matching en Beta de 10%. Là on en est loin. Donc Déception, malgré le fait que j'ai appairés toutes les résistances 1% à la main pour avoir 0.1%. ou moins.

[jsilvestre]

Bonjour Jacques,

comme d'habitude bien joli!

Intéressants ces transistors doubles. Pas aussi performants que les vrais gravés entrecroisés sur une seule puce mais faits avec deux puces adjacentes de la même plaquette de silicium. Compromis intéressant.
Si j'ai bien lu les gains et Vbe sont appariés à +/-1% typique et +/-2% maxi ce qui donne pour les vbe +/-6.5mV typique et +/-13mV maxi et non 2mV. De plus les tolérances données sont pour le Vbe(SAT) donc pas en régime linéaire comme dans ton utilisation. Possible que les différences soient alors plus grandes, ou pas! Mais cela peut déjà constituer un début de réponse à l'offset plus important qu'attendu.

Et encore bravo pour toutes ces expérimentations innovantes!

joël

[italia]

un petit hic me perturbe du a mon passée tech sav
entre tous ces OP, un seul fait caprice, souffle ou dérive etc
impossible localiser se les OP sont soudée directement au pcb...
remplacer la carte ...normal pour sav 2025
avec les qsc chevin etc, un OP deux transistor driver et un paquet de TO3 parallèle
merci aux res émetteur avec un milliohmetre on détecte facilement le transistor capricieux

[jacquese]

Hello,

Merci Joel, expérimenter en analogique est vraiment passionnant. Bien plus que le numérique je trouve.

@Italia : 

Il y a 112 AOP par carte (56) boitiers, monté en pont, soit 56 AOP en // dans chaque branche du pont. Si il y en a un qui perturbe :
- comme chaque AOP agit avec une résistance de 10 ohms en série, les 55 autres AOP vont continuer d'agir et les 56 autres AOP de la branche d'en face vont aussi agir. Au final la perturbation de l'AOP sur une carte induit une contribution erronée qui sera divisée par 100 à la sortie de la carte AOP.
- L'ampli classe A va corriger le tout car la contre-réaction globale est prise à la sortie du système (AOPs compris)

Le pire du pire serait AOP en CC au même rail d'alim. Dans ce cas on aura affaire à un court-circuit à 13V via une résistance de 10 ohms, soit un courant perturbateur de 1.3A. Si ca arrive, oui ce sera cata ! Mais je pense que le MTBF d'un AOP polarisé comme il faut est juste énorme. Et que si ce cas extrême arrive, l'AOP va cramer très vite et dégager du système tout seul. on aura alors perdu 1% des AOP mis en œuvre sur la carte. Les autres devront fournir 1% de courant en plus pour compensé celui qui aura dégagé. Avec une marge de 10%, on peut tolérer la perte de plusieurs AOP. Et l'ampli classe A a aussi une marge de courant correspondant à plusieurs AOP.

POur la recherche de panne, je suis bien d'accord avec toi : impossible de localiser l'AOP problématique dont l'erreur en courant est faible. Par contre si l'erreur en courant est forte c'est facile : il suffit de regarder les tensions sur les résistances de 10 ohms en série pour voir la où le courant est vraiment différent des autres. C'est d'ailleurs comme ça que j'ai vérifié le bon fonctionnement des 112 AOP après le montage de la carte.
Pour ce qui est des offset des AOP : Il sont limités à 1mV d'après le datasheet. Chaque offset individuel va produire au max un courant de 1mV / 10 ohms soit 0.1mA. La capacité en courant de 26mA sera amputé d'une petit 0.1mA, pas grave. Si tous les offset vont dans le même sens : 112 x 0.1mA = 11.2mA DC par carte. Le courant de repos de l'ampli classe A devra fournir ces 11mA en continu. L'ampli classe A est conçu avec un Bias de 250mA. Sur 8ohm réel, il voit 350 ohms. avec 20V en sortie il fournit seulement 60mA. Tout le reste permet de gérer les erreurs en courant de la carte AOP.

[jsilvestre]

Hello,

Merci Joel, expérimenter en analogique est vraiment passionnant. Bien plus que le numérique je trouve.

en numérique aussi il y a matière. En creusant un peu on voit rapidement qu'il est possible de changer significativement le rendu sonore sans rien changer au matériel et sans modifier le flux numérique... 
A vrai dire en analogique aussi mais c'est moins flagrant, pas moyen de s'affranchir totalement du bruit et des aléas qui laissent toujours planer un doute alors que le numérique s'en affranchi complètement. 

joël

[italia]

Hello,

Merci Joel, expérimenter en analogique est vraiment passionnant. Bien plus que le numérique je trouve.

@Italia : 

Il y a 112 AOP par carte (56) boitiers, monté en pont, soit 56 AOP en // dans chaque branche du pont. Si il y en a un qui perturbe :
- comme chaque AOP agit avec une résistance de 10 ohms en série, les 55 autres AOP vont continuer d'agir et les 56 autres AOP de la branche d'en face vont aussi agir. Au final la perturbation de l'AOP sur une carte induit une contribution erronée qui sera divisée par 100 à la sortie de la carte AOP.
- L'ampli classe A va corriger le tout car la contre-réaction globale est prise à la sortie du système (AOPs compris)

Le pire du pire serait AOP en CC au même rail d'alim. Dans ce cas on aura affaire à un court-circuit à 13V via une résistance de 10 ohms, soit un courant perturbateur de 1.3A. Si ca arrive, oui ce sera cata ! Mais je pense que le MTBF d'un AOP polarisé comme il faut est juste énorme. Et que si ce cas extrême arrive, l'AOP va cramer très vite et dégager du système tout seul. on aura alors perdu 1% des AOP mis en œuvre sur la carte. Les autres devront fournir 1% de courant en plus pour compensé celui qui aura dégagé. Avec une marge de 10%, on peut tolérer la perte de plusieurs AOP. Et l'ampli classe A a aussi une marge de courant correspondant à plusieurs AOP.

POur la recherche de panne, je suis bien d'accord avec toi : impossible de localiser l'AOP problématique dont l'erreur en courant est faible. Par contre si l'erreur en courant est forte c'est facile : il suffit de regarder les tensions sur les résistances de 10 ohms en série pour voir la où le courant est vraiment différent des autres. C'est d'ailleurs comme ça que j'ai vérifié le bon fonctionnement des 112 AOP après le montage de la carte.
Pour ce qui est des offset des AOP : Il sont limités à 1mV d'après le datasheet. Chaque offset individuel va produire au max un courant de 1mV / 10 ohms soit 0.1mA. La capacité en courant de 26mA sera amputé d'une petit 0.1mA, pas grave. Si tous les offset vont dans le même sens : 112 x 0.1mA = 11.2mA DC par carte. Le courant de repos de l'ampli classe A devra fournir ces 11mA en continu. L'ampli classe A est conçu avec un Bias de 250mA. Sur 8ohm réel, il voit 350 ohms. avec 20V en sortie il fournit seulement 60mA. Tout le reste permet de gérer les erreurs en courant de la carte AOP.

ha bien, je n'avais pas considérée cette res 10ohm, parfait donc!
en cas de cc, c'est pas très orthodoxe mais en sav on procède de la sorte:
alim de labo, on monte le courant progressivement et thermomètre infrarouge, simple efficace
avant les thermomètre modernes sans contact  on y allez au doigts ou voir ou sa fume......
l'ideal reste une camera thermique, un rêve atteignable

[begwanch]

Hello,

Merci Joel, expérimenter en analogique est vraiment passionnant. Bien plus que le numérique je trouve.

@Italia : 

Il y a 112 AOP par carte (56) boitiers, monté en pont, soit 56 AOP en // dans chaque branche du pont. Si il y en a un qui perturbe :
- comme chaque AOP agit avec une résistance de 10 ohms en série, les 55 autres AOP vont continuer d'agir et les 56 autres AOP de la branche d'en face vont aussi agir. Au final la perturbation de l'AOP sur une carte induit une contribution erronée qui sera divisée par 100 à la sortie de la carte AOP.
- L'ampli classe A va corriger le tout car la contre-réaction globale est prise à la sortie du système (AOPs compris)

Le pire du pire serait AOP en CC au même rail d'alim. Dans ce cas on aura affaire à un court-circuit à 13V via une résistance de 10 ohms, soit un courant perturbateur de 1.3A. Si ca arrive, oui ce sera cata ! Mais je pense que le MTBF d'un AOP polarisé comme il faut est juste énorme. Et que si ce cas extrême arrive, l'AOP va cramer très vite et dégager du système tout seul. on aura alors perdu 1% des AOP mis en œuvre sur la carte. Les autres devront fournir 1% de courant en plus pour compensé celui qui aura dégagé. Avec une marge de 10%, on peut tolérer la perte de plusieurs AOP. Et l'ampli classe A a aussi une marge de courant correspondant à plusieurs AOP.

POur la recherche de panne, je suis bien d'accord avec toi : impossible de localiser l'AOP problématique dont l'erreur en courant est faible. Par contre si l'erreur en courant est forte c'est facile : il suffit de regarder les tensions sur les résistances de 10 ohms en série pour voir la où le courant est vraiment différent des autres. C'est d'ailleurs comme ça que j'ai vérifié le bon fonctionnement des 112 AOP après le montage de la carte.
Pour ce qui est des offset des AOP : Il sont limités à 1mV d'après le datasheet. Chaque offset individuel va produire au max un courant de 1mV / 10 ohms soit 0.1mA. La capacité en courant de 26mA sera amputé d'une petit 0.1mA, pas grave. Si tous les offset vont dans le même sens : 112 x 0.1mA = 11.2mA DC par carte. Le courant de repos de l'ampli classe A devra fournir ces 11mA en continu. L'ampli classe A est conçu avec un Bias de 250mA. Sur 8ohm réel, il voit 350 ohms. avec 20V en sortie il fournit seulement 60mA. Tout le reste permet de gérer les erreurs en courant de la carte AOP.

Bonjour,
Juste une idée pour détecter une éventuelle panne sur cette réalisation totalement impressionnante de savoir-faire, bravo !
Si un des 112 ampli OP défectueux hypothétique est assez off pour dériver en consommation, alors une caméra thermique pourrait éventuellement permettre de l'identifier visuellement.
Cordialement,
CD

[jacquese]

Vous êtes plein d'idée les gars ! Excellent la caméra thermique. Ca peut être un outillage super intéressant effectivement.On pourrait s'en servir aussi pour contrôler globalement le fonctionnement d'un appareil, particulièrement les amplis ou les alims qui chauffent pas mal.

Le projet continue avec la réalisation et le test de l'alimentation :

   

Ca semblait tellement simple que je n'avais même pas simulé le schéma. J'aurais dû : une belle oscillation de 0.5V à 450KHz sur les sorties pour les cartes xR.Tout est rentré dans l'ordre avec l'ajout d'une petite capa entre collecteur et masse sur chaque darlington de sortie.

Plus qu'à doubler la carte xR pour le premier canal puis faire le second canal et on commencera la mise en boîtier. Tout doit rentrer dans un boîtier Galaxy 230x230x80

[PierreRa]

Bonjour,
Je ne sais pas sur ce projet mais j'ai remarqué que tu faisais fréquemment réaliser tes PCBs sur plaque téflon. Une raison technique particulière: qualité, isolation... ?
Merci

[jacquese]

Bonjour Pierre,

Là pour un premier essai, il n'y a pas de teflon. Mais si le concept fonctionne bien je vais augmenter la puissance et je choisirai du  PCB en Teflon.
Trois avantages :
- la constante dielectrique est plus faible : deux fois moins que le FR4. Il y a moins d'interaction entre les pistes et d'effet mémoire (charges qui migrent dans le PCB)
- la constance des caractéristiques vis à vis de la température : le FR4 est très mauvais de ce point de vue, plus sa température monte, plus la constante diélectrique augmente
- un meilleur comportement en cas d'humidité.

C'est pas une révolution non plus par rapport au FR4 mais c'est mieux et la différence de prix n'est plus très grande.

Au taf, on utilise beaucoup ce matériau pour des 16 couches

Si on veut faire encore mieux il faut virer le vernis, mais perso je ne vais pas jusque là car le vernis évite de faire des court-circuits entre les pastille proches lors de la soudure des composants et c'est un bon support à la sérigraphie. Je le vire juste quand j'ai besoin que le cuivre dissipe de la chaleur, comme ici.