(10x10) headphone amp

[Pjotr]

Ha Ronny,

Ok, maar dat is een andere opzet. Met onderdelen die niet direct op de hoek van de straat te krijgen zijn, maar misschien komt dat nog De layout daarvan komt wel kritischer. B.t.w. zijn daar de 1K en 4K7 in de terugkoppeling niet verwisseld? Zou wel nog dioden over de 15V (hier 7,5V) rails zetten. Die LM317/LM337 latcht en start niet op als de uitgang de verkeerde kant op getrokken wordt.

@Dvdtje: Die C moet daar in omdat je anders de off set spanning van de op amp gaat versterken en je onnodig veel DC op de uitgang krijgt.

[koifarm]

Versterking is laag( 1,21x). maar deze kan naar behoefte worden aangepast.
Voor hoogohmige hoofdtelefoons kun je beginnen om de 1k en 4k7 omdraaien. Bij behorend printontwerp is simpel en werkt uitstekend. De lm4562 en lme49600 zijn gratis.

[DVDtje]

@Dvdtje: Die C moet daar in omdat je anders de off set spanning van de op amp gaat versterken en je onnodig veel DC op de uitgang krijgt.

En wat dacht je dan van de + input? Die hangt ook aan ground. Wat betreft de DC offset, die zal in deze schakeling voor het grootste deel bepaald worden door mismatch tussen de diodes en transistoren.

[Ah!buis]

Nee hoor,zo erg is het niet.Daarom moet er die C in serie met de 56k.
Zo loopt er geen stroom (fet-in) door de tegenkoppel-R en is de spanning op de min-in dezelfde als aan de versterker-uitgang.De OPA regeld z'n uitgang zo dat plus-in en min-in gelijk worden.Omdat de plus-in aan massa ligt is de fout aan de uitgang van de versterker hoogstens de offset-fout van de OPA-in.
Anne

[sevenup]

Ik heb nu 2x1n4148 in serie gezet om de ruststroom hoger te zetten.

[Pjotr]

Zet je hem alleen maar wat verder mee in klasse A maar nog lang niet helemaal. Er is een optimum bias instelling waarbij de cross over vervorming het laagste is en die ligt dichter bij de oorspronkelijke instelling.

Nou ja, je kunt er later nog mee spelen en het verschil beluisteren.

[DVDtje]

Nee hoor,zo erg is het niet.Daarom moet er die C in serie met de 56k.
Zo loopt er geen stroom (fet-in) door de tegenkoppel-R en is de spanning op de min-in dezelfde als aan de versterker-uitgang.De OPA regeld z'n uitgang zo dat plus-in en min-in gelijk worden.Omdat de plus-in aan massa ligt is de fout aan de uitgang van de versterker hoogstens de offset-fout van de OPA-in.
Anne

Niet echt relevant bij een versterker die slechts enkele dB`s versterkt. Maar bij bijvoorbeeld een microfoon of pickup versterker is een kleine DC offset tussen de inverterende en niet inverterende ingang funest voor de nulstelling van de uitgang.
Dat zal in een DC servo ontwerp een probleem kunnen zijn. Echter zal het in dit ontwerp slechts enkele tientallen mV`s zijn. In ieder geval veel kleiner dan de fout die ontstaat bij het niet matchen van de drempelspanning van de diode bij de B-E overgang van de tor.

Voor high gain versterkers waarbij je de volledige swing van de opamp wilt benutten en symmetrische clipping levels wil (jaja, soms willen we idd clippen. Bijv bij overshoot compensators: FM uitzending?), of bij kritische DC gekoppelde schakelingen moet die condensator er wel in.

Of als je een old school schakeling wil, de LM741 gebruiken (met offset compensatie instelling).

[Pjotr]

Echter zal het in dit ontwerp slechts enkele tientallen mV`s zijn. In ieder geval veel kleiner dan de fout die ontstaat bij het niet matchen van de drempelspanning van de diode bij de B-E overgang van de tor.

Je blijft er wel op doorgaan op die dioden zeg. Zoals Anne al aangaf wordt de DC spanning op de uitgang geheel bepaald door de offsetspanning van de op-amp. En dat dan versterkt met de inverterende versterking als je geen ontkoppel-C gebruikt in de negatieve feed back lus. Die TL072 heeft een max. offset van 10 mV. Hij versterkt hier inverterend ongeveer 6x, dus heb je 60 mV DC aan de uitgang in het ongunstigste geval. Tis niet veel maar dat heb je toch liever niet op een HP, zeker met de hooggevoelige gevoelige 30 ohm exemplaren niet.

Je hebt wel gelijk dat het versterkertje niet veel versterkt maar met ontkoppel-C in de feed back tak heb je niet meer dan 10 mV DC op de uitgang.

[DVDtje]

Echter zal het in dit ontwerp slechts enkele tientallen mV`s zijn. In ieder geval veel kleiner dan de fout die ontstaat bij het niet matchen van de drempelspanning van de diode bij de B-E overgang van de tor.

Je blijft er wel op doorgaan op die dioden zeg. Zoals Anne al aangaf wordt de DC spanning op de uitgang geheel bepaald door de offsetspanning van de op-amp.

Ja. En dat is niet voor niets. Als ik vanavond tijd heb bak ik wel even zo`n schakeling in elkaar om wat metingen te verrichten.

Een aantal jaren geleden heb ik ook zo`n versterker gebouwd. Toen ik aan dat ding ging meten heb ik meteen besloten om hem in klasse A te zetten. En dat was niet voor niets. Ik heb er toen ook een temperatuurcompensatie op geknutseld omdat door de opwarming van de transistoren de bias instelling verliep.

[Rudy]

En dat was niet voor niets. Ik heb er toen ook een temperatuurcompensatie op geknutseld omdat door de opwarming van de transistoren de bias instelling verliep.

Dat is uiteraard een probleem in deze schakeling, daar de diode moet contact maken met de transistor, of nog beter dezelfde transistor rug tegen rug en enkel de be overgang gebruiken. Maar dat heeft verder niets met de dc offset te maken.

Op zich is dat probleem weg bij het gebruik van 2 diodes in serie per transistor, ale ja, het probleem is niet weg maar verkleind zodat het nooit uit de hand loopt.

Maar eerlijksheidshalve zie ik het probleem niet in om het geheel in klasse A te duwen, zoweel stroom vreet een hoofdtelefoon nou ook weer niet.

mvg Rudy

[sevenup]

Welke weerstand moet ik veranderen om de totale gain wat te verlagen en in welke waarde? Zou net iets minder gain willen hebben.

[DVDtje]

56k kun je wat groter maken of eventueel de 330k wat kleiner. Als je op het net zoekt naar basis opamp schakelingen kun je genoeg uitleg vinden.

[Ah!buis]

Nog evn over het toevoegen van twee diodes.De ruststroom loopt dan op naar iets tussen 20-25mA.Dwz dat er ruim 300mW in die arme TO-92jes verstookt wordt,worden knap warm.Beter om ze dan ook maar gelijk te vervangen door de BD135...140.
Anne

[sevenup]

Nog evn over het toevoegen van twee diodes.De ruststroom loopt dan op naar iets tussen 20-25mA.Dwz dat er ruim 300mW in die arme TO-92jes verstookt wordt,worden knap warm.Beter om ze dan ook maar gelijk te vervangen door de BD135...140.
Anne

Mijn idee was om 1 diode te gebruiken in combinatie met de bc337/327 (de andere overbruggen met een draadbrug) en 2 diodes met de BDtjes. Men kan dan zelf kiezen welke instelling ze willen.

[Tom Magchielse]

Omdat ik de werking van het geheel niet helemaal vertrouw, en het maar weing moeite is, heb ik het schakelingetje opgebouwd op gaatjesboard.

Niet alle componenten waren voorradig, dus 33 Ohm is 30 Ohm geworden, de 68 Ohm aan de uitgang werd 51 Ohm, de diodes zijn naamloze Si-exemplaren, de transistoren BSY54 en 2N2905.
Bij alle metingen was de schakeling met 100 Ohm belast en werd uit 50 Ohm bronnen gestuurd.
Allereerst de compensatie-C . De volgende plaatjes laten de flank van een blokgolf van 10k zien met C=0 en C= 2pF? (Moeilijk met zekerheid te meten, opschrift was 1.5 pF. Het was in ieder geval genoeg om het uitslingeren te stoppen. De bandbreedte met dit C-tje bleek 65 kHz,-3dB (tijdbasis 1 uS/div)

De blokgolfwergave bij 5 kHz is in het volgende plaatje te zien.

De schakeling bleek 4.5 V aan 100 Ohm te kunnen afgeven. Om de klasse-B hypothese te checken, is de spanning over de 30 Ohm emitterweerstanden afgebeeld in het volgende plaatje.

We zien dat de uitleg van Anne geheel klopt, wie goed kijkt ziet een gering overneemeffect, want er is wat lucht tussen de curves.
Tot slot de vervorming, gemeten via het spectrum , bij 1 en 10 kHz, en +10dBm uitgangsniveau. Er zijn spoortjes 2e en 3e te zien, op een niveau van beter dan -86 dB. Eigenlijk geen spoor van klasse-B effect zoals hoge-orde oneven harmonischen. Ook in de golfvorm bij 50 kHz en sterk uitvergroten, geen 0-doorgang narigheid gezien.
Al met al prima resultaat.

groeten, Tom

[Tom Magchielse]

En dat was niet voor niets. Ik heb er toen ook een temperatuurcompensatie op geknutseld omdat door de opwarming van de transistoren de bias instelling verliep.

Dat is uiteraard een probleem in deze schakeling, daar de diode moet contact maken met de transistor, of nog beter dezelfde transistor rug tegen rug en enkel de be overgang gebruiken. Maar dat heeft verder niets met de dc offset te maken.

Op zich is dat probleem weg bij het gebruik van 2 diodes in serie per transistor, ale ja, het probleem is niet weg maar verkleind zodat het nooit uit de hand loopt.

Maar eerlijksheidshalve zie ik het probleem niet in om het geheel in klasse A te duwen, zoweel stroom vreet een hoofdtelefoon nou ook weer niet.

mvg Rudy

Twee diodes in serie geven de dubbele temperatuurcoefficiënt, en die past dan niet meer bij die van de transistors. Handiger lijkt me, om i.p.v. diodes de BE-overgang van een transistor te gebruiken, en dan voor de bias een kleine transitor, met een klein emitteroppervlak, en als "ëind"-transistor een groter type, met een groter emitteroppervlak. De stromen verhouden zich bij gelijke Vbe als de emitteroppervlakken, dus een kleine stroom door de bias-transistor leidt tot een evenredig grotere stroom door de eindtransistor.
groet,
Tom

[sevenup]

Kijk, leuk om te zien hoe deze schakeling meet. Bedankt voor de moeite

Ik heb de ingang aangepast naar de + ingang. Zou iemand na kunnen kijken of het zo klopt?

Het zou mooi zijn als dit ook gemeten kan worden. Als deze layout goed is, stuur ik hem op om 10 printjes te laten maken.

Als er nog meer animo is, zou ik er ook 10 extra kunnen laten maken. Prijs zal rond de 5 euro zijn.

[DVDtje]

Hallo Tom,

Kun je in jouw opzet de drempelspanning van de diode en die van de B-E overgang van de bijhorende tor meten? Zowel van het positieve als negatieve deel.

[Rudy]

Twee diodes in serie geven de dubbele temperatuurcoefficiënt, en die past dan niet meer bij die van de transistors. Handiger lijkt me, om i.p.v. diodes de BE-overgang van een transistor te gebruiken, en dan voor de bias een kleine transitor, met een klein emitteroppervlak, en als "ëind"-transistor een groter type, met een groter emitteroppervlak. De stromen verhouden zich bij gelijke Vbe als de emitteroppervlakken, dus een kleine stroom door de bias-transistor leidt tot een evenredig grotere stroom door de eindtransistor.
groet,
Tom

U vat mijn punt niet zoals ik het bedoelde, zoals het nu is met 1 diode is het gokken of de boel in AB,B, of C staat.
Door 2 diodes te nemen weet je met een afwijking van ~20% dat de biasstroom 0.55/R is.
Of de boel nu warmer word of niet de biasstroom varieerd weinig omdat de spanningsval toch behoorlijk is.
Met als gevolg dat ie zowel koud als warm steeds in de instelling staat zoals ie bedoeld is.

@Foto met 30ohm weerstanden en instelstromen: Niemand die daar iets mis ziet ? Of zijn de lijnen op je scoop altijd zo varierend op je scherm.

mvg Rudy

[Tom Magchielse]

@Foto met 30ohm weerstanden en instelstromen: Niemand die daar iets mis ziet ? Of zijn de lijnen op je scoop altijd zo varierend op je scherm.

mvg Rudy

Als je de spanning over die twee 30Ohm weerstanden zichtbaar wilt maken, moet je de aarde van de scoop op de uitgang van de versterker aansluiten, vóór de 68 ohm weerstand, en de probes op de emitters, Dat vindt het schakelingetje niet leuk, en het resulteert in wat oscilleerneiging, die zich uit als een dikke trace op de scoop. Dat moeten we maar op de kooop toe nemen.
groeten,
Tom

[Tom Magchielse]

Hallo Tom,

Kun je in jouw opzet de drempelspanning van de diode en die van de B-E overgang van de bijhorende tor meten? Zowel van het positieve als negatieve deel.

De pluskant gaf Vd= 0.667 V, en Vbe = 0.772 V
De minkant: Vd=0.655 V en Vbe= 0.608 V.
De voedingsspanning was 15.01 V en -15.03 V, de offset van de opamp is in dit circuit, met de ingang (56k) geaard: 47 mV, de hele schakeling gaf - 48.9 mV aan het knooppunt van de emitterweerstanden.
groet, Tom

[Ah!buis]

Zo is't maar net Rudy Bij twee diodes komt over de emitterweerstanden de spanning van één diode,de tweede compenseert de Vbe.Of dat enkele mV verandert doet niet veel tov de ong 0,6V over de weerstand.
Het oscil.plaatje met (halve)sinussen heeft vermoedelijk last van wat brom van de voeding,lijn wordt dikker verder van de nullijn waar de stroom groter is.Dat de andere kant op dat moment wel dun blijft zal wel omdat er daar dan in afgeknepen toestand de brom er niet bovenuit komt.
De verandering +in/-in lijkt me ok.De pootjes van de BD's zijn dikker dan BC's liefst gaten zoals bij de LM's.Als je de BD's één gat opschuift hoeven de sporen minder te kronkelen.
En verder "board not consistend with schematics" zou Eagle zeggen
Je hebt twee elko's over de diodes toegevoegd,staan niet op schema
Zo wordt het een "echte" AB versterker,veel meer fut.Maar ik denk dat dat niet is wat Tom heeft getest .
Anne

[DVDtje]

Door de terugkoppeling zal de opamp de output bijregelen zodat deze gelijk is aan de niet inverterende ingang. Aan jouw meetgegevens blijkt dit ook te kloppen. Dan maakt een eventuele mismatch voor wat betreft de diode drempel en de B-E drempel van het positieve deel niet uit omdat de opamp deze compenseert. Echter voor het negatieve deel zal de drempelspanning van de diode dan wat hoger moeten zijn dan de B-E overgang. Wanneer dat niet het geval is zal er crossover distortion optreden.

Aan jouw meetgegevens te zien is de drempel van de diode van het negatieve deel hoger dan de B-E overgang. Zou je de moeite willen nemen om een diode op te zoeken die een lagere drempel heeft dan de B-E overgang? Ik ben eigenlijk wel benieuwd hoeveel vervorming er dan optreed.

[Ah!buis]

Kijk Tom dat kan dus niet
De spanning over de twee diodes worden verdeelt over de twee basis-emitter overgangen en de emitter-weerstanden,ja
Beschikbare spanning van de diodes 0,667+0,655=1,322V waarvan de transistoren 0,772+0,608V=1,38V.
Zelfs met 0V voor de weerstanden komen we nog 1,322-1,38=-0,058V tekort.Als we aannemen dat dat kleine verschil eigenlijk nul is (meetfoutje) is er geen ruststroom,en tegenspraak met het oscill.plaatje,die vertoont wel een overlapping.
Anne

[Pjotr]

Met 2 dioden in serie krijg je een veel te hoge bias instelling en daarmee ben je net zo ver van huis als met een Kl-B instelling. Bovendien krijg je met 2 dioden in serie (dus 4 totaal) overcompensatie voor de temperatuur (als alles even heet zou worden).

Kun je beter iets van 33 ohm in serie met iedere diode zetten zodat hij op een ordentelijke 1 - 1,5 mA biasstroom ingesteld staat voor minimale cross-over vervorming.

Probeer maar eens tussen 10 ohm en 50 ohm Tom, en bekijk dan nog eens het vervormingsresultaat. Komt dan waarschijnlijk niet meer boven de ruisvloer uit.