Композитный усилитель для наушников на LT1210
Добавлено: Вс фев 09, 2014 17:06:26
Вниманию любителей высококачетсвенного звуковоспризведения предлагается конструкция композитного усилителя для наушников с использованием мощных ОУ с ТОС LT1210.
На просторах интернета можно найти некоторое количество подобных схем, но обычно с использованием других ОУ: AD815, LT1795. Было решено восполнить пробел, построив свой вариант на LT1210.
В "выходном каскаде" используется быстродействующие ОУ с токовой ОС LT1210CT7 производства Linear в корпусе TO220, который обеспечивает намного лучший отвод тепла, нежели другие вариант корпусов, которые предлагает производитель. Эти ОУ могут обеспечивать долговременный ток в 1,1А (2А в пике), что позволит с легкостью работать на нагрузку с низким сопротивлением. Коэффициент усиления выходного ОУ равен 2, но легко может быть уменьшен до 1, либо увеличен. Выбор номиналов резисторов в цепи ОС ОУ с ТОС несколько сложнее, чем для ОУ с ОС по напряжению: от его номинала напрямую зависит стабильность схемы. Уменьшение номинала Rf увеличивает рабочую полосу частот, но ухудшает стабильность, уменьшение – увеличивает стабильность и сужает рабочий диапазон. Резисторы в цепи ОС (1,5 кОм) выбраны таким образом, чтобы обеспечить хорошую стабильность и в то же время достаточное быстродействие. Конденсаторы компенсации (C4, C23) обеспечивают устойчивость при работе на емкостную нагрузку. Вообще производитель обещает стабильную работу на емкостную нагрузку до 10000 пФ!
В качестве входного ОУ был выбран прибор производства другой компании — LME49710 от Texas Instrument , обладающий великолепными характеристиками: низким уровнем всех видов искажений, очень низким уровнем шума (0,34 мкВ СКЗ@20Гц — 20000 Гц), низким уровнем смещения (±0,05 мВ), большим разомкнутым усилением (140 дБ) и высоким уровнем CMRR и PSRR (120 и 125 дБ).
Однако в процессе настройки устройства попался один экземпляр этого ОУ, при установке которого постоянное напряжение на выходе было порядка 14 мВ; после недолгих раздумий был установлен другой прибор (из 10 приобретенных) — все пришло в норму.
Спустя некоторое время решил поэкспериментировать с различными типами ОУ. В наличии имелись: LME49710, AD744, OP42, OPA134. Какой из этих ОУ в связке с 1210 покажет лучшие результаты?
Для начала измерения переходной характеристики с различными номиналами корректирующего конденсатора: 10, 22, 33, 47 pF. Результаты ниже:
LME49710:
AD744:
OPA134:
OP42:
Здесь уже не стал все номиналы коррекции пробовать, думаю тенденция понятна.
Есть еще в запасах народные NE5534, с ними попробую позже.
После первого запуска выяснилось неправильное место установки корректирующего конденсатора. При установке как на схеме возникает возбуд на частоте примерно 20 МГц довольно приличной амплитуды.
Так что сейчас конденсатор установлен между выходом и инвертирующим входом "входного" ОУ.
В качестве стабилизаторов применены приборы M5230L производства Mitsubishi Electronic. Довольно интересные приборы, обладающие очень низкими собственными шумами (во много раз меньшими, чем у широко применяемых LM317/LM337) в широком частотном диапазоне: 12 мкВ СКЗ, 20Гц — 100 кГц, высокой температурной стабильностью (0.01%/°С). Но есть один минус — выходной ток самой ИМС ограничен на уровне 30 мА, так что для получения больших токов необходимо использовать внешние регулирующие транзисторы. Схема включения особенностей не имеет и взята из даташита — High ripple rejection circuit. Регулирующие транзисторы применены 2SC4793/2SA1837 и установлены на общем радиаторе.
В выпрямителе применены SMD диоды Шоттки 10MQ100. Конденсаторы 3300 мкФ Panasonic FC, остальные — Elna серий Silmic и Silmic II. Первоначально планировалась установка дополнительных емкостей около LT1210, но уже при разводке платы было решено от них отказаться, так как выходные емкости БП оказались в непосредственной близости от потребителя. При использовании конденсаторов Elna еще на стадии проектирования печатной платы необходимо уточнить их размеры на сайте производителя, так как эти конденсаторы имеют в несколько раз большие габариты чем «обычные»:
Усилитель выполнен на двухсторонней печатной плате, нижний слой которой отведен под полигон GND, конечно в процессе разводки некоторые цепи все-таки оказались на нижнем слое, но они имеют небольшую длину. Такая топология платы была выбрана для максимального снижения импеданса земли, необходимого для стабильной работы высокоскоростных ОУ. Так же была учтена уязвимость инвертирующих входов ОУ к емкости на землю, так как даже емкость в 1 пФ может привести к увеличению коэффициента передачи ОУ на частотах, близких к максимальным. Наиболее очевидное решение этой проблемы — сокращение длины проводника. Другое, менее очевидное, — это уменьшение его ширины. В результате применение проводников толщиной 0.3 мм к инвертирующему входу ОУ дает емкость около 0.1 пФ в зависимости от диэлектрической проницаемости материала платы (у FR-4 от 4 до5).
После сборки и прослушивания опытного образца были проведены некоторые измерения с помощью Audio Precision 586 с LME49710:
График AЧХ (в полосе 20 Гц - 80 кГц):
Неравномерность АЧХ в диапазоне 20 Гц - 20 кГц
Сигнал/шум:
В аттаче схема и плата в формате DipTrace.
Выслушаю ваши вопросы и предложения.
На просторах интернета можно найти некоторое количество подобных схем, но обычно с использованием других ОУ: AD815, LT1795. Было решено восполнить пробел, построив свой вариант на LT1210.
В "выходном каскаде" используется быстродействующие ОУ с токовой ОС LT1210CT7 производства Linear в корпусе TO220, который обеспечивает намного лучший отвод тепла, нежели другие вариант корпусов, которые предлагает производитель. Эти ОУ могут обеспечивать долговременный ток в 1,1А (2А в пике), что позволит с легкостью работать на нагрузку с низким сопротивлением. Коэффициент усиления выходного ОУ равен 2, но легко может быть уменьшен до 1, либо увеличен. Выбор номиналов резисторов в цепи ОС ОУ с ТОС несколько сложнее, чем для ОУ с ОС по напряжению: от его номинала напрямую зависит стабильность схемы. Уменьшение номинала Rf увеличивает рабочую полосу частот, но ухудшает стабильность, уменьшение – увеличивает стабильность и сужает рабочий диапазон. Резисторы в цепи ОС (1,5 кОм) выбраны таким образом, чтобы обеспечить хорошую стабильность и в то же время достаточное быстродействие. Конденсаторы компенсации (C4, C23) обеспечивают устойчивость при работе на емкостную нагрузку. Вообще производитель обещает стабильную работу на емкостную нагрузку до 10000 пФ!
В качестве входного ОУ был выбран прибор производства другой компании — LME49710 от Texas Instrument , обладающий великолепными характеристиками: низким уровнем всех видов искажений, очень низким уровнем шума (0,34 мкВ СКЗ@20Гц — 20000 Гц), низким уровнем смещения (±0,05 мВ), большим разомкнутым усилением (140 дБ) и высоким уровнем CMRR и PSRR (120 и 125 дБ).
Однако в процессе настройки устройства попался один экземпляр этого ОУ, при установке которого постоянное напряжение на выходе было порядка 14 мВ; после недолгих раздумий был установлен другой прибор (из 10 приобретенных) — все пришло в норму.
Спустя некоторое время решил поэкспериментировать с различными типами ОУ. В наличии имелись: LME49710, AD744, OP42, OPA134. Какой из этих ОУ в связке с 1210 покажет лучшие результаты?
Для начала измерения переходной характеристики с различными номиналами корректирующего конденсатора: 10, 22, 33, 47 pF. Результаты ниже:
LME49710:
AD744:
OPA134:
OP42:
Здесь уже не стал все номиналы коррекции пробовать, думаю тенденция понятна.
Есть еще в запасах народные NE5534, с ними попробую позже.
После первого запуска выяснилось неправильное место установки корректирующего конденсатора. При установке как на схеме возникает возбуд на частоте примерно 20 МГц довольно приличной амплитуды.
Так что сейчас конденсатор установлен между выходом и инвертирующим входом "входного" ОУ.
В качестве стабилизаторов применены приборы M5230L производства Mitsubishi Electronic. Довольно интересные приборы, обладающие очень низкими собственными шумами (во много раз меньшими, чем у широко применяемых LM317/LM337) в широком частотном диапазоне: 12 мкВ СКЗ, 20Гц — 100 кГц, высокой температурной стабильностью (0.01%/°С). Но есть один минус — выходной ток самой ИМС ограничен на уровне 30 мА, так что для получения больших токов необходимо использовать внешние регулирующие транзисторы. Схема включения особенностей не имеет и взята из даташита — High ripple rejection circuit. Регулирующие транзисторы применены 2SC4793/2SA1837 и установлены на общем радиаторе.
В выпрямителе применены SMD диоды Шоттки 10MQ100. Конденсаторы 3300 мкФ Panasonic FC, остальные — Elna серий Silmic и Silmic II. Первоначально планировалась установка дополнительных емкостей около LT1210, но уже при разводке платы было решено от них отказаться, так как выходные емкости БП оказались в непосредственной близости от потребителя. При использовании конденсаторов Elna еще на стадии проектирования печатной платы необходимо уточнить их размеры на сайте производителя, так как эти конденсаторы имеют в несколько раз большие габариты чем «обычные»:
Усилитель выполнен на двухсторонней печатной плате, нижний слой которой отведен под полигон GND, конечно в процессе разводки некоторые цепи все-таки оказались на нижнем слое, но они имеют небольшую длину. Такая топология платы была выбрана для максимального снижения импеданса земли, необходимого для стабильной работы высокоскоростных ОУ. Так же была учтена уязвимость инвертирующих входов ОУ к емкости на землю, так как даже емкость в 1 пФ может привести к увеличению коэффициента передачи ОУ на частотах, близких к максимальным. Наиболее очевидное решение этой проблемы — сокращение длины проводника. Другое, менее очевидное, — это уменьшение его ширины. В результате применение проводников толщиной 0.3 мм к инвертирующему входу ОУ дает емкость около 0.1 пФ в зависимости от диэлектрической проницаемости материала платы (у FR-4 от 4 до5).
После сборки и прослушивания опытного образца были проведены некоторые измерения с помощью Audio Precision 586 с LME49710:
График AЧХ (в полосе 20 Гц - 80 кГц):
Неравномерность АЧХ в диапазоне 20 Гц - 20 кГц
Сигнал/шум:
В аттаче схема и плата в формате DipTrace.
Выслушаю ваши вопросы и предложения.
