Op-amp baserad hörlursförstärkare för förförstärkare...

[EmuMannen]

Phu vilken titel. Efter att ha läst "Kommentarer och synpunkter" så tror jag att denna tråd skall ligga under DIY-forum. Det jag skall bygga är en förförstärkare som jag vill komplettera med hörlursutgång. Tanken var att använda förförstärkarens volymkontroll med mera men få lite extra förstärkning och ström till hörlurarna. Dessutom skulle jag vilja komplettera hörlursutgången med en crossfeed-funktion. Mer om bakgrunden till allt detta finns att läsa i denna tråd...

Efter att ha surfat runt på nätet och tittat på flera diy-projekt så fastnade jag dels för Dr. Meiers Bass Enhanced Crossfeed och dels för enkelheten hos Rod Elliots Project 109. Förförstärkaren är op-amp-baserad och jag har därför redan +/-15V tillgängligt. Jag behöver inte mycket gain så 4x är tillräckligt och kretsen verkar leverera den lilla extra ström jag behöver till hörlurarna (32 Ohm/200 mW). Bygget blir superkompakt, drar lite ström och behöver inga skrymmande kylflänsar. Så jag lobotomerade Rods krets och opererade in Dr. Meiers crossfeed, här är ett första utkast:

Hörlursförstärkare för förförstärkare...

HeadphoneAmp.jpeg (193.74 KiB) Visad 4293 gånger

Frågan innan jag går vidare och designar ett PCB är om jag fångat schemat korrekt och om jag missat något?

Rod är lite oklar på en del punkter. Att han använde NE5532 för U1 är klart men använde han även NE5532 för U2 och U3? Hans referens till "Double The Output Current To A Load With The OPA2604 Audio Opamp" avser OPA2604 så frågan är om det implicit betyder att U2 och U3 skall vara OPA2604 (vilka verkar vara svåra att få tag på) och inte NE5532? Skulle kretsen fungera med NE5532 för U2 och U3?

Eftersom jag redan har volymkontroll i förförstärkaren så tog jag bort VR1 men det borde väl vara OK eller?

Rod vill ha bypass-kondingar (100nF) mellan kraftpinnarna till op-amparna (C12-C14 i mitt schema) och sen vill han även ha bypass-kondingar (10uF) från respektive matning mot jord. 100nF-kondingarna tänkte jag sätta så nära op-amparna som möjligt, därav tre stycken. Men räcker det med två 10uF-kondingar (C15 och C16 i mitt schema) nära kontakten där jag kraftmatar kortet?

I texten refererar Rod till R12 och R13 men de saknas i schemat. Frågan är om det är R9 och R10 som avses (R21 och R23 i mitt schema)? Själv lade jag till R25 så att jag kan ha två utgångar, en med låg impedans och en med hög.

Tacksam för svar och synpunkter...

[darkg]

Jo, han tänker sig nog NE5532. Du kan kosta på dig socklar kanske, så kan du bolla lite. Men NE5532 tror jag passar bra.

S1 kan, om jag tänker rätt, med fördel vara kortslutande (make-before-break). Eller / och rods 100k-motstånd över S1.

(C8 ser lite häftig ut )

[EmuMannen]

Jo, han tänker sig nog NE5532. Du kan kosta på dig socklar kanske, så kan du bolla lite. Men NE5532 tror jag passar bra.

Nice, jag har en hel hög liggandes

S1 kan, om jag tänker rätt, med fördel vara kortslutande (make-before-break). Eller / och rods 100k-motstånd över S1.

Skall göra ändringar, se nedan... Annars är R13 och R14 är tänkta att fylla samma funktion som Rods 100k-motstånd över S1. Make-before-break vore nice men kan vara svårt att få tag på jämfört men en vanlig brytare...

(C8 ser lite häftig ut )

Tack för feedback darkg. Jag tar med det när jag gör en del andra ändringar som jag kom på. Eftersom 3P4P är ganska ovanligt och det är ganska udda kapacitanser i Dr. Meiers crossfeed så tänkte jag förenkla med två brytare, en för i och urkoppling av crossfeed och en för att välja mellan de två alternativ Jan Meier behöll i "An Enhanced-Bass Natural Crossfeed Filter". Jag skall passa på och rätta C8 också

[EmuMannen]

darkg, kan man göra något i den här stilen? DPDT-switch för i och urkoppling och 3PDT för att välja effekt (medium eller high). Kan jag göra som jag gjort med R13 och R14? Det skall motsvara Rods 100k-motstånd över S1 men för både S1 och S2... Klämde även in lite extra komponenter parallellt och i serie för att få till Dr. Meiers lite udda värden...

Take two...

HeadphoneAmp.jpeg (208.34 KiB) Visad 4255 gånger

[darkg]

Ah, R13 och R14. De rackarna.
Såvitt jag kan förstå ska det ju funka bra, bara ingångar inte hänger i luften ska väl saken vara under kontroll?

Edit, det ser ändå underligt ut - jag har lite svårt att fokusera tyvärr, men där vid switcharna kan det väl inte vara rätt, hopkopplingen som blir?

[EmuMannen]

Edit, det ser ändå underligt ut - jag har lite svårt att fokusera tyvärr, men där vid switcharna kan det väl inte vara rätt, hopkopplingen som blir?

Helt rätt darkg det blir ju helt åt ... Såhär då (R13, R14, R27 och R28)?

Tredje tagningen...

HeadphoneAmp.jpeg (212.91 KiB) Visad 4243 gånger

[EmuMannen]

Inte helt nöjd med resultatet gick jag tillbaka och rättade några fel samt förenklade den rejält. Jag gillar enkelheten i Rods krets men ville ha Jan Meiers crossfeed. Så jag bestämde mig för att det räcker med ett filter och jag valde det som Meier beskriver som: An Enhanced-Bass Natural Crossfeed Filter. Det förenklar det hela rejält och jag klarar mig med en enkel DPDT-switch för att koppla i och ur filtret. Jag behöll Rods gain = x4, den går att ändra genom att ändra värdena för R3/R4 och R5/R6 enligt följande formel: gain = (R3+R5)/R3. Använd sen samma värde för R3 och R4 samt R5 och R6.

Tagning fyra...

HeadphoneAmp.jpeg (163.55 KiB) Visad 4195 gånger

[darkg]

Du kan göra det enda filtret lätt bytbart (och labb-bart!), så kan du ändå få till den effekt du trivs med men slipper flervägsomkopplingen.

[EmuMannen]

Du kan göra det enda filtret lätt bytbart (och labb-bart!), så kan du ändå få till den effekt du trivs med men slipper flervägsomkopplingen.

Tack darkg, jag tänkte precis samma tanke. Prova lite olika värden och behålla det jag tycker bäst om. Nu har jag ett första utkast till enkelsidigt kretskort också. Så vid tillfälle tänkte jag etsa ett kort och testa.

PCB

HeadphoneAmpPcb.jpeg (210.41 KiB) Visad 4147 gånger

[HenrikE]

Ett par tankar:
Räcker platsen till runt c1 och c2? Får 1uF plats där?
Samma för c11 och c12, ryms de?
Sen är det en god idé att tänka igenom jorden. En fyllning som du har gjort är praktisk men det kan bli lite knepigt.
Tänk tex när förstärkaren levererar positiv ström ut. Då kommer en ström i retur i hörlurens jord som ska tillbaka till c11 och j5. Vägen dit är lång och smal längs kortets två långsidor.
Här är det förresten nog bättre att ha separata avkopplingskondningar för opamparnas positiva och negativa matning eftersom utgången driver en last kopplad till jord.

[EmuMannen]

Ett par tankar: ...

Tack HenrikE, jag har aldrig byggt något med op-ampar förut så din feedback är mycket värdefullt. Jag skall arbeta in dina förslag, problemet är möjligen jord, jag har för lite erfarenhet helt enkelt. Jag får läsa på lite mer helt enkelt. Men det är ju därför jag håller på, för att lära mig något nytt. Annars hade det gått både snabbare och blivit billigare att köpa något färdigt.

[darkg]

En enkel sak du skulle kunna göra är att minska banornas bredd och isolationsavståndet till copper pour! Det såg ju ut att gå ganska bra att etsa, så det är inte nödvändigt med dessa marginaler tycker jag. Om copper pour slinker in mellan benen blir jord plötsligt ganska heltäckande.

Hålen i padsen (?) ser stora ut.

Det här etsar jag utan större problem:

DSC_0874.JPG (173.04 KiB) Visad 4117 gånger

[EmuMannen]

Hålen i padsen (?) ser stora ut.

DipTrace defaults

Här är lite av en quick fix, jag hade varit lite lat när jag tilldelade footprints, frågan är om detta är nog? Frågan är också om jag borde göra som HenrikEs tanke "bättre att ha separata avkopplingskondningar för opamparnas positiva och negativa matning"...

Take 2...

HeadphoneAmpPcb.jpeg (183.86 KiB) Visad 4104 gånger

[EmuMannen]

En fråga till er som kan op-ampar. Hörlursförstärkaren skall drivas av en förförstärkare och jag lobotomerade bort volymkontrollen. Nu har jag två frågor:

1. Jag behöll kondingarna C1/C2, behövs de?

2. Behövs det mer ingångsimpedans, borde jag lägga till typ en 1k resistor i serie mellan C1/C2 och op-ampen?

Tacksam för svar.

[Almen]

1. Jag behöll kondingarna C1/C2, behövs de?

De är s.k. DC-blockare, d.v.s. blockar för DC-spänning på ingångarna. De behövs om man inte säkerställt det på andra sätt.

2. Behövs det mer ingångsimpedans, borde jag lägga till typ en 1k resistor i serie mellan C1/C2 och op-ampen?

Nja, ingångsimpedansen bestäms av R1 (R2), som verkar vara 100 kohm. Eller vad är Rin specat som i konstruktionen?

[Morello]

Kopplingskondingen behövs därför att OP'n är av bipolär typ, dvs den drar ström på ingångarna. Tar man bort den bör OP'n bytas mot JFET-typ.

[EmuMannen]

1. Jag behöll kondingarna C1/C2, behövs de?

De är s.k. DC-blockare, d.v.s. blockar för DC-spänning på ingångarna. De behövs om man inte säkerställt det på andra sätt.

Det var vad jag gissat mig till men eftersom den ursprungliga konstruktionen var som hörlursförstärkare så förstår jag varför de sitter där men jag tänkte mata hörlursförstärkaren från min förförstärkare och den lär redan ha tagit hand om DC-spänningen eller hur (hur vet jag det förresten)? Jag har tittat på lite olika op-amp-baserade förförstärkare och hörlursförstärkare, ibland finns det en motsvarighet till C1/C2 och ibland inte.

2. Behövs det mer ingångsimpedans, borde jag lägga till typ en 1k resistor i serie mellan C1/C2 och op-ampen?

Nja, ingångsimpedansen bestäms av R1 (R2), som verkar vara 100 kohm. Eller vad är Rin specat som i konstruktionen?

Toppen, jag var inte säker på hur komponenterna före op-ampen samverkade och jag lobotomerade ursprungskonstruktionen (som vart tänkt som en fristående batteridriven hörlursförstärkare och inte matad från en förförstärkare). Precis som med C1/C2 så har jag hittat exempel på op-amp-baserade förförstärkare och hörlursförstärkare där det ligger en 1k resistor i serie efter C1/C2 och op-ampen. Många kretsar har dock en volymkontroll före op-ampen och därför är jag lite osäker på vad som behöver finnas kvar när man tar bort den...

[Morello]

Som sagt, C1 och C2 behövs därför att OP-amparna drar en viss ström på ingångarna .
Schemat saknar för övrigt ingångsfilter för att undertrycka HF/RF .

[EmuMannen]

Som sagt, C1 och C2 behövs därför att OP-amparna drar en viss ström på ingångarna .
Schemat saknar för övrigt ingångsfilter för att undertrycka HF/RF .

Tack Morello, jag försökte förstå det där när jag läste sektionen AC Coupling and RF Input Filters under Designing an Opamp Headphone Amplifier. Att förstå vad AC coupling, low and high pass filter är för något är en sak, att veta när de behövs och hur de bäst utformas är något helt annat. Tyvärr har jag inte nått till det senare ... än Behöver jag ingångsfilter för att undertrycka HF/RF i denna konfiguration (från förförstärkare till denna hörlursförstärkare)?

[EmuMannen]

Nja, ingångsimpedansen bestäms av R1 (R2), som verkar vara 100 kohm. Eller vad är Rin specat som i konstruktionen?

Jag kom på en annan sak. Jag vet att min förförstärkare har utgångsimpedans på 100 ohm och att den är designad för en ingångsimpedans i slutsteget på 20 kohm. Jag vet också att mitt slutsteg har en ingångsimpedans på 22 kohm. Innebär det att jag borde ändra R1 (R2) till 22 kohm i stället för 100 kohm (om jag skall mata hörlursförstärkaren direkt från försteget)?

[HenrikE]

Frågan är också om jag borde göra som HenrikEs tanke "bättre att ha separata avkopplingskondningar för opamparnas positiva och negativa matning"...

I länken du postade i VU-tråden står det bra förklarat:

If the output load is primarily to ground, then two capacitors. If it's to either supply, then one capacitor will suffice.

The purpose of bypass capacitors is to provide a low-impedance close to the chip (bypassing any series inductance to the supply rails). Since most op-amps do not have a ground pin the internal circuitry does not care about the ground level, however when you apply a load to ground the current path is from the positive or negative supply, through the circuitry on the chip, out the output and through the load to ground. A capacitor from the positive and negative supplies will make sure that loop is physically small and thus low inductance.

Jag kom på en annan sak. Jag vet att min förförstärkare har utgångsimpedans på 100 ohm och att den är designad för en ingångsimpedans i slutsteget på 20 kohm. Jag vet också att mitt slutsteg har en ingångsimpedans på 22 kohm. Innebär det att jag borde ändra R1 (R2) till 22 kohm i stället för 100 kohm (om jag skall mata hörlursförstärkaren direkt från försteget)?

Nej det behövs inte. Men det kan vara klokt att minska R1 ändå. En 5532 drar 200nA typiskt på ingången. Om jag inte räknar helt åt skogen får du ganska mycket dc-offset som den ser ut just nu. Med 100kohm på R1 ger det en offset på positiva ingången om -20mV. Den förstärks med en faktor 4 så att du får en offset på -80mV som kommer att dyka upp på hörlursutgången. Det tycker jag är för mycket. Det förbättras lite av att negativa ingången också drar 200nA, men med mycket lägre resistanser i återkopplingsnätet blir det försumbart. Gå ner till 10kohm på R1 så blir det bara ca 6mV . Byter du till en till en opamp med jfet-ingång är problemet borta helt.

[Morello]

Vad det skall krånglas - med en bipolär OP är det direkt olämpligt att inte förse ingången med en kopplingskondensator. Det kommer nämligen bli så att utgångsoffseten blr en funktion av förstegets utgångsimpedansen.

Är man osäker på hur detta löses är det bättre att använda JFET-OP's - tex OPA134

[HenrikE]

Vad det skall krånglas - med en bipolär OP är det direkt olämpligt att inte förse ingången med en kopplingskondensator. Det kommer nämligen bli så att utgångsoffseten blr en funktion av förstegets utgångsimpedansen.

Är man osäker på hur detta löses är det bättre att använda JFET-OP's - tex OPA134

Vilket krångel tänker du på? Med 100kohm på R1 (i senaste schemat) blir det en rejäl offset oavsett om kopplingskondensatorn finns där eller inte.

[EmuMannen]

darkg, Almen, HenrikE, Morello med flera. Krångligt eller ej, jag är sjukt tacksam för er hjälp. Det är sådana här gånger jag önskade att jag läst elektronik på högskolan men jag hade svårt att komma förbi Kirchhoffs lagar redan på gymnasiet så det kanske var tur att jag inte gjorde det.

Nu har jag i alla fall gjort ändringar i enlighet med era kommentarer (hoppas jag uppfattade er rätt). Förhoppningsvis går det åt rätt håll och kanske blir det en hörlursförstärkare till slut med er hjälp.

Nytt schema

HeadphoneAmp.jpeg (173.09 KiB) Visad 3998 gånger

Nytt PCB

HeadphoneAmpPcb.jpeg (178.31 KiB) Visad 3984 gånger

[HenrikE]

Ser mycket bätttre ut Men det är nåt skumt vid R17! Finns det nån form av automatisk felsökare i diptrace?

[EmuMannen]

Men det är nåt skumt vid R17 ! Finns det nån form av automatisk felsökare i diptrace?

Sjukt skarpsynt HenrikE (jag har rättat felet i bilden ovan)! Jo det finns en massa olika verifieringsmetoder i DipTrace men man måste välja att köra dem också...

[EmuMannen]

Jag har äntligen fått svar från Rod Elliott om vilka op-ampar han tänkte sig för U2 och U3. Hans svar var "NE5532 or OPA2134 are suggested for U2 and U3 because they can supply more current than most others". Men om det bara handla om förmågan att leverera ström så verkar NJM4556 överlägsen. Efter Morellos kommentar funderade jag även på alternativ till U1. Morellos förslag var OPA134 men enligt artikeln så har den 3 dB mer brus än NE5532...

[EmuMannen]

Efter ett par dagars funderande och efter att ha läst på om op-ampar så har detta lilla projekt tagit en ny vändning. Jag tror kretsen skulle fungera men jag tror också det finns bättre alternativ. Jag vill fortfarande testa Meiers crossfeed men jag är inte säker på att det bästa är att försöka mosa in den i själva hörlursförstärkaren. Ett alternativ är givetvis att bygga en passiv krets som kopplas in mellan försteget och hörlursförstärkaren. Men jag gissar att den passiva kretsen skulle dämpa ljudet med cirka 6-10 dB så någon form av förstärkning vore att föredra. Därför har jag skissat på följande:

XFeed Standalone

xfeed.jpeg (136.25 KiB) Visad 3910 gånger

Nu förstår jag i princip vad alla komponenter i kretsen gör men jag skulle vilja veta hur man räknar ut hur många dB själva crossfeed-nätet i mitten dämpar. Jag har gått på uppgifter på nätet om att dämpningen är runt 6-10 dB och satte därför förstärkningen till 2.5X. Det skulle dock vara intressant att veta hur jag kan räkna ut detta mer exakt.

[Piotr]

Jag tror inte du behöver oroa dig för bruset i någon av de nämnda opamparna.

Däremot bör du nog vara förberedd på att en opamp av typen som nämns i tråden inte ger optimal prestanda med låga laster. Dvs. är du kräsen avseende ljudkvalitén så är detta eventuellt inte ditt sista bygge.

[jansch]

Jag antar att Piotr menar att Opamp:s nästan alltid ger sämre värden (läs bl.a. högre distorsion) vid låga uteffekter.