Phono Amplifier

Jan-Willem · Bericht door **Jan-Willem** » wo 30 jan 2008, 22:10

Voor school moet ik een phono amp maken de precieze opdracht laat ik hieronder zien:

Draaitafel koptelefoon- en voorversterker

CODE: Selecteer alles

omschrijving:	De laatste jaren heeft de CD speler zich tot standaard geluidsdrager ontwikkeld. Er is echter een groeiende groep ‘audiofielen’ die toch de analoge techniek van de draaitafel prevaleert. De moderne vesterkers hebben vaak geen aansluitmogelijkheid meer voor een draaitafel. Een draaitafel werkt namelijk met een lager uitgangssignaal. Ontwikkel een voor- en koptelefoonversterker voor een draaitafel.

opdracht specificatie:	
1.	Verdieping in de specificaties van phono, versterker en koptelefoon in- en uitgangen.
2.	Verdieping in werking van de OPAMP
3.	Verdieping in de werking van een analoge versterker.
4.	Ontwerp de schakeling in PsPice
5.	Simuleer je schakeling in PsPice. Analyseer in zowel het tijd- als frequentiedomein.
6.	Realisatie in hardware
7.	Test

kennis aspecten:	
1.	Soft en hard clipping
2.	Analoge techniek, OPAMP, JFT, FET en filtering
3.	Simuleren en ontwerpen in PsPice
4.	Printontwerp
5.	Gestructureerd testen

Nu valt er heel veel te vinden op internet, wat moet ik gebruiken, hoe kan ik aan een schema zien wat goed is?

Ook wil ik dit topic gebruiken bij eventuele vragen gedurende de bouw.

Bericht door **Bertje** » wo 30 jan 2008, 23:27

En vraag je leraar even wat voor element ie wil gaan gebruiken...

MC of MM??
Rob.

dekkersj · Bericht door **dekkersj** » wo 30 jan 2008, 23:35

Ik zou eerst beginnen met de specificaties op te stellen (ruis, dynamisch bereik, voedingsspanning etc.). Welke pick-up-elementen wil je kunnen uitversterken? En goed rekening houden met de ingangsgevoeligheid van moderne HT-versterkers: houd maar 2Veff voor een sinus aan. Clippen dus bij 2*sqrt(2) piek

.

En met het creatieve brein aan de slag om je schakeling te ontwerpen. Niet van internet plukken, dat kan altijd nog.

Groet,
Jacco

Pjotr · Bericht door **Pjotr** » do 31 jan 2008, 8:56

Zow, dat is een flinke kluif wat daar gevraagd wordt.

Punt 2 dwingt eigenlijk al op voorhand tot het gebruik van een op-amp. Dat is jammer want eigenlijk zou je eerst eens moeten beginnen met een klassieke 2-transistor MM-versterker. Met op-ampjes is het niet zo moeilijk.

Jan-Willem · Bericht door **Jan-Willem** » do 31 jan 2008, 10:45

Bertje schreef:
En vraag je leraar even wat voor element ie wil gaan gebruiken... MC of MM??
Rob.

Ik zat zelf te denken om een schakelaar in de versterker te maken, waardoor je MC/MM kunt versterken, ik d8 dat MC gewoon enkele malen vaker moest worden versterkt.

dekkersj schreef:
Ik zou eerst beginnen met de specificaties op te stellen (ruis, dynamisch bereik, voedingsspanning etc.). Welke pick-up-elementen wil je kunnen uitversterken? En goed rekening houden met de ingangsgevoeligheid van moderne HT-versterkers: houd maar 2Veff voor een sinus aan. Clippen dus bij 2*sqrt(2) piek .

En met het creatieve brein aan de slag om je schakeling te ontwerpen. Niet van internet plukken, dat kan altijd nog.

Groet,
Jacco

Kwa specificaties snap ik je niet helemaal, het maakt mij niet uit welke voedingsspanning we gebruiken. (Hangt natuurlijk af van de componenten) dynamisch bereik hangt toch ook af van de opamp. Ruis wil ik natuurlijk zo laag mogelijk houden, of moet ik een eis aan mijzelf stellen?

Kwa Pickup elementen zat ik dus te denken aan MC EN MM. Ik moet nog even uitzoeken hoe ik de versterker kan laten clippen bij 2,82V.

Ik wil het ook niet van internet plukken, dat lijkt me te makkelijk. Ik wil alles zelf begrijpen. Als basis zal ik een schakeling van internet gebruiken, ik weet niet goed hoe ik moet beginnen.

Pjotr schreef:
Zow, dat is een flinke kluif wat daar gevraagd wordt.

Punt 2 dwingt eigenlijk al op voorhand tot het gebruik van een op-amp. Dat is jammer want eigenlijk zou je eerst eens moeten beginnen met een klassieke 2-transistor MM-versterker. Met op-ampjes is het niet zo moeilijk.

Het lijkt mij ook niet zo moeilijk met op-ampjes, maar zoveel tijd hebben wij ook niet. Ook moet er een koptelefoon versterker in zitten, hoe ik dat ga doen ben ik ook nog niet over uit.
Ik zit eraan te denken om het signaal "af te tappen" na een versterker.

dekkersj · Bericht door **dekkersj** » do 31 jan 2008, 10:59

Jan-Willem schreef:
[...]

dekkersj schreef:
Ik zou eerst beginnen met de specificaties op te stellen (ruis, dynamisch bereik, voedingsspanning etc.). Welke pick-up-elementen wil je kunnen uitversterken? En goed rekening houden met de ingangsgevoeligheid van moderne HT-versterkers: houd maar 2Veff voor een sinus aan. Clippen dus bij 2*sqrt(2) piek .

En met het creatieve brein aan de slag om je schakeling te ontwerpen. Niet van internet plukken, dat kan altijd nog.

Groet,
Jacco
Kwa specificaties snap ik je niet helemaal, het maakt mij niet uit welke voedingsspanning we gebruiken. (Hangt natuurlijk af van de componenten) dynamisch bereik hangt toch ook af van de opamp. Ruis wil ik natuurlijk zo laag mogelijk houden, of moet ik een eis aan mijzelf stellen?

Kwa Pickup elementen zat ik dus te denken aan MC EN MM. Ik moet nog even uitzoeken hoe ik de versterker kan laten clippen bij 2,82V.

Ik wil het ook niet van internet plukken, dat lijkt me te makkelijk. Ik wil alles zelf begrijpen. Als basis zal ik een schakeling van internet gebruiken, ik weet niet goed hoe ik moet beginnen.

De specificaties zijn het uitgangspunt. Die zul je helder moeten hebben en ik denk ook dat dat hetgeen is wat jouw leraar jou wil laten uitzoeken. Het maken van dat ding is ondergeschikt

Ruis zo laag mogelijk houden is geen uitgangspunt. Je zult moeten kunnen kwantificeren. Is het wel nodig om de ruis zo laag mogelijk te houden en waarom niet? Dat zijn belangrijke vragen die je jezelf moet stellen. Het clippen van de versterker waar deze schakeling op aangesloten moet worden geeft de bovengrens aan van je versterkingsfactor. De meeste moderne versterkers hebben een ADC aan hun ingang en die houdt bij 2Veff in gewoon op. Dat weten niet veel mensen en het is ook maar een tip.

Je zou eens kunnen beginnen met het opsnorren van de spanningsafgifte van de diverse pick-up elementen voor MC en MM. Wat je dan moet weten is de crestfactor van wat je kunt verwachten van het signaal dat op vinyl staat. Dan ben je al voor 80% klaar met je ontwerp. Het feitelijk maken van zo'n ding is een koud kunstje.

Je kunt kiezen tussen hoog-ohmig afsluiten of laag-ohmig en het is aan jou om je keuze te motiveren. De RIAA compensatie passief of actief middels tegenkoppeling. Je kunt kiezen uit voedingsspanningen: 3,3V tot 18V. Welke kies je en waarom? Heeft dat met het dynamische bereik te maken? (antwoord: ja!)

Groet,
Jacco

4-weg · Bericht door **4-weg** » do 31 jan 2008, 11:48

Lijkt wel of de docent een eigen wens door de leerlingen laat uitwerken onder het mom van "de opdracht". Een niet geheel onbekend fenomeen.
Een kwalitatief hoogstaande phono-pre met ingebouwde koptelefoonversterker ben ik in ieder geval nog niet tegen gekomen.
Hij waarschijnlijk dus ook niet.

markje · Bericht door **markje** » do 31 jan 2008, 12:07

Jan-Willem in dit topic mijn pre amp, met opamp en op de site van de ontwerper staat aardig wat info. Misschien heb je er wat aan.

Groeten Mark

Jan-Willem · Bericht door **Jan-Willem** » do 31 jan 2008, 18:25

markje schreef:
Jan-Willem in dit topic mijn pre amp, met opamp en op de site van de ontwerper staat aardig wat info. Misschien heb je er wat aan.

Groeten Mark

Ik vind dit eigenlijk een iets te simpel ontwerp, en bij 10000 hz stijgt hij boven de 0dB lijn uit, vrij hard. (Het probleem van die versterker)
Dat is hoe ik het interpreteer.

@4-weg
Ja dat klopt, de docent wou graag zo'n pre-amp

maar ik vind het de leukste opdracht die erbij zit...

4-weg · Bericht door **4-weg** » vr 01 feb 2008, 12:13

Misschien wordt je iets wijzer van de site van Thel.de.
Hier staan een aantal schema´s zonder waardes maar het kan zijn dat je wijs kunt worden van de manier van opbouw en dat je daar een idee van kunt opdoen.

http://www.thel-audioworld.de/

Jan-Willem · Bericht door **Jan-Willem** » di 05 feb 2008, 0:48

Na enkele uren (vanaf vanochtend) zitten te lezen, denken nog meer lezen en nog meer te bedenken ben ik alweer wat wijzer.
Ik denk er dus aan om een phono amp te maken die geschikt is voor MC en MM.
Als ik nadenk, dan zou je een schakelaar kunnen maken die als het ware voor MM 1 opamp overslaat, waardoor dit signaal minder word versterkt ten opzichte van het MC signaal.

Ik had nog een paar punten die ik wou vragen, maar dat ben ik alweer vergeten(het is laat)

Morgen weer verder

HoMeR · Bericht door **HoMeR** » di 05 feb 2008, 7:25

....voor MM 1 opamp overslaat...

Of je gebruikt een step-up trafo voor je MC........

Succes !!

Jan-Willem · Bericht door **Jan-Willem** » di 04 mar 2008, 15:28

Zoo ik zal hier weer even wat posten, we zijn weer wat verder. Ik heb een phono amp helemaal in multisim opgebouwd. Er zijn nog enkele dingen die uitgewerkt moeten worden.

Zo heb ik een schakelaar die de versterking veranderd, en daardoor kan er worden geschakeld tussen MM/MC. Nu zit ik echter bij 20KHZ op -4dB omdat ik over te weinig bandbreedte beschik.

Nu zat ik over 2 oplossingen te twijfelen, een opamp nemen met een heel grote bandbreedte waardoor ik niet tegen mijn eindpunt aanloop.
Of een extra opamp gebruiken bij MC, deze moet dan wel (goed) Lownoise zijn!

Ik zag een OPA134 http://www.selectronic.fr/includes_sele ... 4_4134.pdf op veel forums, deze kan ik helaas niet vinden in multisim. Weet iemand nog goede audio opamps?
In het schema staan nu TL074MJ zijn dat goede opamps?

En als laatste krijg ik als ik alles op AC simuleer, zie 2e plaatje een aparte sinus. Wie kan dat verklaren? Als ik simuleer zet hij hem automatisch op DC, dan lijkt de sinus perfect.

Alvast bedankt[/url]

dekkersj · Bericht door **dekkersj** » di 04 mar 2008, 19:57

Nou, een opamp-schakeling die op 20kHz al -4dB tgv bandbreedte problemen heeft, lijkt me niet goed in elkaar gestoken. Misschien dat je tegenkoppelweerstanden kleiner kunt maken, als dat al een probleem is.

In principe lijkt me dat de schakeling wel kan werken, misschien andere waarden kiezen voor de componenten. Kun je trouwens in jouw versie van MultiSim zelf symbolen toevoegen? Dan zou je die 134 zelf kunnen aanbrengen.

Ik zal de schakeling zo eens na-simuleren. Effe checken

Groet,
Jacco

dekkersj · Bericht door **dekkersj** » di 04 mar 2008, 20:12

Trouwens, waarom zit R1 er in? Die is 2k2 als ik het goed zie en dat ruist als een opamp met vn=5,9 nV/sqrt(Hz) en dat is jammer.

Wat zijn de waarden van R3, R6 en C1? Is een beetje moeilijk leesbaar.

Groet,
Jacco

Rudy · Bericht door **Rudy** » di 04 mar 2008, 20:14

voor of na R8 ?

want 820ohm met 82n is omgeveer zo een filter

dekkersj · Bericht door **dekkersj** » di 04 mar 2008, 20:33

Ik heb jouw schakeling met een OPA228 gedaan en daar gaat het prima op 20kHz met de versterker op zowel 100kOhm als 1MOhm bij de laatste opamp. Alleen zie ik in het laag een afwijking tov de RIAA-IEC kromme. Je hebt er wel een extra laagkantelpunt, maar is volgens mij te laag gekozen. Alhoewel ik denk dat deze overdracht die je nu in je schema hebt staan beter zal klinken, wijkt ie af van de "echte". Nou ja, echte...Het is een extra kantelpunt om rumble etc. te voorkomen en wordt niet gebruikt om te snijden bij mijn weten.

Groet,
Jacco

Jan-Willem · Bericht door **Jan-Willem** » di 04 mar 2008, 21:51

dekkersj schreef:
Nou, een opamp-schakeling die op 20kHz al -4dB tgv bandbreedte problemen heeft, lijkt me niet goed in elkaar gestoken. Misschien dat je tegenkoppelweerstanden kleiner kunt maken, als dat al een probleem is.

In principe lijkt me dat de schakeling wel kan werken, misschien andere waarden kiezen voor de componenten. Kun je trouwens in jouw versie van MultiSim zelf symbolen toevoegen? Dan zou je die 134 zelf kunnen aanbrengen.

Ik zal de schakeling zo eens na-simuleren. Effe checken

Groet,
Jacco

Klopt dat is zeker niet netjes. Ik weet niet of ik zelf componenten toe kan voegen, als dat wel zo is lijkt me dat erg ingewikkelt om alle gegevens in te voeren. (Ik heb versie 9)

De vraag over R1 is een goede vraag die ik niet direct kan beantwoorden. Het zou alleen maar een verzwakking kunnen zijn, wat je natuurlijk niet wil. Wat bedoel je hiermee:vn=5,9 nV/sqrt(Hz)

R3=4k7
R6=2k7
C1=1uF

@Rudy
Het klopt van die R met C in combinatie, dat het een filter is. (RIAA filter)

@dekkersj
Is een OPA228 goed voor een geluidssignaal?
Het kromme verschil is mij niet direct opgevallen ik zal ze eens naast elkaar leggen! Maar ben wel benieuwd naar het verschil in de curves.

Bedankt Jacco!

dekkersj · Bericht door **dekkersj** » di 04 mar 2008, 22:26

Wat ik zo in de gauwigheid heb gezien is de rest van de curve prima. Die waarden die je hebt gegeven heb ik gelukkig goed gezien/gegokt en dat is dan ook prima verder. Ik gebruik zelf op mijn werk versie 10.nogwat en ik herken die notatie enigszins.

Een weerstand ruist met 4kTR en dat zou voor die 2k2 dus 4*1,38e-23*290*2200 = 35,2e-18 V^2/Hz worden. Als spanningsspectrum is dat de wortel daaruit en dat is dan vn = 5,9 nV/sqrt(Hz). Dat is direct vergelijkbaar met jouw niet-inverterende opamp-schakeling, want daar staat de spanningsruis in serie met die weerstand. Dat is niet alles, maar meestal wel de dominante ruisbron. En voor een onderling vergelijk zeker goed bruikbaar. Die TL074 ruist met 18 nV/sqrt(Hz) en dat is dus nog meer. Maar neem je nu die OPA228, dan zie je in de datasheet dat ie ruist met 3 nV/sqrt(Hz) en dat betekent dat die serieweerstand meer ruist dan je opamp.

Ik zeg niet dat je die OPA228 moet gebruiken, dat laat ik verder over aan jou. Ik weet zeker dat ie meer dan prima is voor audio, in de datasheet staat dat ie geschikt is voor professionele audiotoepassingen dus dat zit wel snor. Ik heb ook voor je doorgerekend wat je met die OPA228 aan signaal-ruis-verhouding hebt bij een element van 500uV (want dat is denk ik je target

). Dat is bij gebruik van die serieweerstand (R1) en een weeerstand van 1MOhm bij de 2de opamp nog steeds net iets meer dan 90dB bij 1 kHz en ik zou me daar ook niet druk over maken. Die ruis hoor je toch niet. Edit: die 90dB is bij 1Hz bandbreedte en bij benadering moet je daar 40dB vanaf halen. Foutje van mijn kant. In dat geval zou ik die 2k2 weerstand laten vervallen of significant kleiner maken.

De reden voor mij om die opamp te gebruiken is gemakzucht: die zit bij mij in mijn database

En hij is in 4-uitvoering verkrijgbaar en is niet te duur.

Groet,
Jacco

Jan-Willem · Bericht door **Jan-Willem** » di 04 mar 2008, 22:59

dekkersj schreef:
Wat ik zo in de gauwigheid heb gezien is de rest van de curve prima. Die waarden die je hebt gegeven heb ik gelukkig goed gezien/gegokt en dat is dan ook prima verder. Ik gebruik zelf op mijn werk versie 10.nogwat en ik herken die notatie enigszins.

Een weerstand ruist met 4kTR en dat zou voor die 2k2 dus 4*1,38e-23*290*2200 = 35,2e-18 V^2/Hz worden. Als spanningsspectrum is dat de wortel daaruit en dat is dan vn = 5,9 nV/sqrt(Hz). Dat is direct vergelijkbaar met jouw niet-inverterende opamp-schakeling, want daar staat de spanningsruis in serie met die weerstand. Dat is niet alles, maar meestal wel de dominante ruisbron. En voor een onderling vergelijk zeker goed bruikbaar. Die TL074 ruist met 18 nV/sqrt(Hz) en dat is dus nog meer. Maar neem je nu die OPA228, dan zie je in de datasheet dat ie ruist met 3 nV/sqrt(Hz) en dat betekent dat die serieweerstand meer ruist dan je opamp.

Ik zeg niet dat je die OPA228 moet gebruiken, dat laat ik verder over aan jou. Ik weet zeker dat ie meer dan prima is voor audio, in de datasheet staat dat ie geschikt is voor professionele audiotoepassingen dus dat zit wel snor. Ik heb ook voor je doorgerekend wat je met die OPA228 aan signaal-ruis-verhouding hebt bij een element van 500uV (want dat is denk ik je target ). Dat is bij gebruik van die serieweerstand (R1) en een weeerstand van 1MOhm bij de 2de opamp nog steeds net iets meer dan 90dB bij 1 kHz en ik zou me daar ook niet druk over maken. Die ruis hoor je toch niet. Edit: die 90dB is bij 1Hz bandbreedte en bij benadering moet je daar 40dB vanaf halen. Foutje van mijn kant. In dat geval zou ik die 2k2 weerstand laten vervallen of significant kleiner maken.

De reden voor mij om die opamp te gebruiken is gemakzucht: die zit bij mij in mijn database En hij is in 4-uitvoering verkrijgbaar en is niet te duur.

Groet,
Jacco

De formule van een weerstand die ruist wist ik niet! Handig om te weten

Ook die opamp komt helaas niet in mijn libary voor. Moet ik toch even uitzoeken hoe ik opampen toe kan voegen.

Het klopt dat we een element van 500uV gebruiken/simuleren.
Ik zal even simuleren zonder die weerstand, maar volgens mij heeft hij geen nut idd. Dan laat ik hem vervallen.

Dan ga ik gewoon wat simuleren met verschillende opamps.

Maar nog 1 vraag: Kan jij de grafiek verklaren, in bovenstaande post, hij is niet helemaal duidelijk. Maar de uitgangs sinus is niet netjes bij mij.

Groet JW

dekkersj · Bericht door **dekkersj** » di 04 mar 2008, 23:17

Nee, die kan ik niet verklaren. Ik vind hem ook wat verdacht en vraag me af of je er in de praktijk last van zult hebben. Misschien is het een niet-lineair effect wat in de spice-listing zit van die opamp. Of een gekke modellering in die switch. Ik weet het niet.

Groet,
Jacco

Jan-Willem · Bericht door **Jan-Willem** » wo 05 mar 2008, 13:27

dekkersj schreef:
Nee, die kan ik niet verklaren. Ik vind hem ook wat verdacht en vraag me af of je er in de praktijk last van zult hebben. Misschien is het een niet-lineair effect wat in de spice-listing zit van die opamp. Of een gekke modellering in die switch. Ik weet het niet.

Groet,
Jacco

Ik weet inmiddels wat die verdachte sinus was. Het was een inschakel verschijnsel, na enkele sinussen is het een normale sinus. (Had de simulator niet goed staan.)
Ik heb de ingangsweerstand weggelaten, en kon geen verschil vinden, ook niet aan de spannings output.
Nu vraag ik me nog af of ik de 100K aan de output niet kan weglaten, de ingang van een versterker is 47K.

Nu heb ik weer les, ga later verder.

dekkersj · Bericht door **dekkersj** » wo 05 mar 2008, 13:42

Die 100k is om de koppelcondensator ontladen te houden en die kan je wel blijven gebruiken. Meestal heeft de volgende trap een koppelcondensator aan de ingang en kan de condensator in dit trapje komen te vervallen. Als je dat niet zeker weet zou ik hem er in laten.

Misschien is het wel aardig om te zoeken naar een optimum qua ruisperformance. Voor 500uV elementen vind ik het toch wat aan de magere kant. Voor 5mV elementen verwacht ik geen problemen. Het zoeken naar een stillere opamp dan die ik heb gebruikt met zijn 3nV/sqrt(Hz) heeft op een bepaald ogenblik geen zin meer omdat de componenten rondom de schakeling meer gaan ruisen. In een goed ontwerp is dat gebalanceerd.

Groet,
Jacco

Jan-Willem · Bericht door **Jan-Willem** » wo 05 mar 2008, 17:26

Ja logisch (nu je het zegt).
Kun jij mij zeggen hoe je de ruis in de schakeling kunt berekenen?

Dat is bij gebruik van die serieweerstand (R1) en een weeerstand van 1MOhm bij de 2de opamp nog steeds net iets meer dan 90dB bij 1 kHz en ik zou me daar ook niet druk over maken. Die ruis hoor je toch niet. Edit: die 90dB is bij 1Hz bandbreedte en bij benadering moet je daar 40dB vanaf halen.

Als het niet te ingewikkeld is kan ik dan namelijk zelf aan mijn schakeling rekenen.

Ik wil zowiezo nauwkeurige weerstanden gebruiken, en ik ga ook een andere opamp gebruiken.

Groet Jan-Willem

dekkersj · Bericht door **dekkersj** » wo 05 mar 2008, 23:22

Ja, dat kan ik wel uitleggen, maar waarschijnlijk heb je daar niet veel aan. Dat wordt beschouwd als een zeer ingewikkeld terrein en terecht. Dat moet je een simulator laten doen, dat is veel makkelijker.

Toch is er wel wat over te zeggen. In dit geval is de ingangs-opamp belangrijk en het heeft zin om te zoeken naar een low-noise type. Verder is de weerstand in serie met de condensator aan de min-ingang van de eerste opamp naar aarde van belang, R3 dus. Die staat niet precies in serie met de ingang (die moet nog het knooppunt met de tegenkoppeling overspringen) maar is wel een belangrijke ruisbron als je de opamp echt low-noise gaat kiezen. Die waarde aanpassen (durf even niet te zeggen of ie groter of kleiner moet worden, ik denk verlagen) kan nog wat schelen. Het verwisselen van de twee trappen in volgorde levert een kleine winst op in SNR.

Groet,
Jacco