Le sujet a été créé par un certain nombre de questions posées sur ce design sur le forum.

De nombreux circuits composites utilisant divers types d'amplificateurs opérationnels puissants avec TOS ont été réalisés, mais je n'ai vu nulle part auparavant une discussion sur les appareils utilisant le LT1210, il a donc été décidé de s'appuyer sur celui-ci.

Dans la première copie, un ampli-op LME49710 a été utilisé comme « premier étage » ; je mène maintenant quelques expériences avec l'ampli-op d'entrée.

Dès le début, la conception a été conçue sur un circuit imprimé double face, dont l'une des couches est dédiée à la zone de masse pour garantir sa faible impédance, ce qui est important lors de l'utilisation d'amplis opérationnels à grande vitesse tels que le LT1210. Certaines chaînes ont quand même dû être placées sur le même calque, mais elles ne forment pas de grands espaces dans le polygone.

Une particularité du LT1210 est le courant de repos très élevé de l'étage de sortie - 35 mA, qui permet de rester en classe A à des niveaux d'écoute moyens.

Des stabilisateurs ont été utilisés M5230L fabriqués par Mitsubishi Electronics ; le transformateur a été commandé à l'usine avec quatre enroulements secondaires de 14 V chacun.

Déjà lors de la configuration, il est devenu clair que le condensateur de correction dans le circuit de rétroaction commun aux deux amplificateurs opérationnels conduit à une excitation à une fréquence d'environ 20 MHz d'une amplitude assez grande d'environ 300 mV. Par conséquent, il doit être installé au verso de la carte, entre la sortie et l'entrée inverseuse du premier ampli-op.

Aujourd'hui, j'ai décidé d'expérimenter différents types OU. La correction a été fixée à 10,22,33,47 pF. J'ai testé 3 amplis-op : OPA134, LME49710 et AD744.

Ce que j'ai vu sur l'écran de l'oscilloscope était quelque peu surprenant. L'ampli-op apparemment le plus lent du trio (OPA134) s'est comporté le moins bien dans le circuit composite, démontrant les surtensions les plus importantes sur les fronts méandriques. Je pensais qu'il y aurait plus de problèmes avec l'AD744.

La pièce jointe contient un schéma et un circuit imprimé au format DipTrace.

Un merci spécial à Alexey (alias Lexus) pour les consultations lors de la construction de cet amplificateur.

Fichiers joints :

Section : Amplificateurs pour casques

29 juin 2013 à 14h02

Amplificateur casque composite LME49710 + LT1210CT7

• DIY ou faites-le vous-même

Quelques paroles

En raison de la nature de mon travail, je communique constamment avec du matériel audio professionnel, le but de ce développement était donc d'obtenir un appareil doté de haute fidélité lecture Par conséquent, les solutions de circuit sans OOS ont été immédiatement rejetées et un circuit composite à grand potentiel a été pris comme base. J'ai rencontré plusieurs appareils avec cette topologie, mais la plupart des conceptions utilisaient les appareils LT1795 ou AD815. Cependant, comme l'a mentionné Dmitry Andronnikov (alias Lynx) dans l'un de ses articles :

Même des amplificateurs opérationnels très puissants avec TOC, lorsque des écouteurs avec une résistance inférieure à 50...60 Ohms sont connectés à leur sortie, fonctionnent dans un mode assez intense à la fois en termes de courant de sortie (ce qui entraîne une augmentation de la distorsion) et en termes de génération de chaleur.

Il a été décidé d’introduire « l’artillerie lourde », mais nous en parlerons plus loin.

Initialement, j'avais l'intention d'installer un filtre LC à deux étages utilisant des selfs Murata des séries PLA10 et PLH10 ; Condensateurs de suppression EMI - Epcos X2 d'une capacité de 0,22 μF et varistance Epcos S20K275 à haute énergie absorbée - 150 J.


Mais au final, il a été décidé d'utiliser des solutions toutes faites afin de gagner de la place dans le boîtier :

Des appareils M5230L fabriqués par Mitsubishi Electronic ont été utilisés comme stabilisateurs. Appareils assez intéressants qui ont un très faible bruit intrinsèque (beaucoup inférieur aux LM317/LM337 largement utilisés) dans une large gamme de fréquences : 12 μV RMS, 20 Hz - 100 kHz, haute stabilité en température (0,01 %/°C). Mais il y a un inconvénient : le courant de sortie du circuit intégré lui-même est limité à 30 mA, donc pour obtenir des courants plus élevés, il est nécessaire d'utiliser des transistors de commande externes. Le circuit de commutation n'a pas de caractéristiques particulières et est tiré de la fiche technique - Circuit de réjection d'ondulation élevée. Les transistors de régulation sont utilisés 2SC4793/2SA1837 et installés sur un radiateur commun.

Utilisé comme redresseurs Diodes CMS Schottky 10MQ100. Les condensateurs sont de 3300 uF Panasonic FC, les autres sont des séries Elna Silmic et Silmic II. Initialement, il était prévu d'installer des condensateurs supplémentaires à proximité du LT1210, mais lors de la configuration de la carte, il a été décidé de les abandonner, car les capacités de sortie de l'alimentation se trouvaient à proximité immédiate du consommateur. Lors de l'utilisation de condensateurs Elna dès la phase de conception circuit imprimé il est nécessaire de préciser leurs dimensions sur le site du fabricant, car ces condensateurs ont des dimensions plusieurs fois plus grandes que les « classiques » :

Amplificateur

Le circuit composite a un gain de boucle important ; l'étage de sortie d'un ampli opérationnel puissant est couvert par sa propre boucle de rétroaction, ce qui permet une distorsion assez faible lors du fonctionnement. différents types charges


L'étage de sortie utilise les amplificateurs opérationnels à retour de courant haute vitesse LT1210CT7 de Linear dans un boîtier TO220, qui offre une bien meilleure dissipation thermique que les autres options de boîtier proposées par le fabricant. Ces amplis opérationnels peuvent fournir un courant continu de 1,1 A (crête de 2 A), ce qui facilite le pilotage de charges à faible résistance. Le gain de l'ampli-op de sortie est de 2, mais peut facilement être réduit à 1 ou augmenté. Le choix des valeurs de résistance dans le circuit OS d'un ampli-op avec TOS est un peu plus compliqué que pour un ampli-op avec retour de tension : la stabilité du circuit dépend directement de sa valeur. La réduction de la valeur Rf augmente la bande de fréquence de fonctionnement, mais détériore la stabilité ; sa diminution augmente la stabilité et rétrécit la plage de fonctionnement. Les résistances du circuit de rétroaction (1,5 kOhm) sont sélectionnées pour garantir une stabilité maximale. Les condensateurs de compensation (C4, C23) assurent la stabilité lors du fonctionnement sur une charge capacitive. De manière générale, le constructeur promet un fonctionnement stable pour des charges capacitives jusqu'à 10 000 pF !

Un peu sur les conditions thermiques. La fiche technique contient (ce qui n'est pas très souvent vu) des exemples de calculs thermiques. Les puces sont installées sur des radiateurs HS211 individuels avec une résistance thermique de 7,5 °C/W. La résistance thermique cristal-corps est de 5°C/W. Sans connaître la résistance thermique exacte du joint isolant, les calculs ont pris une valeur de 2 °C/W (selon certaines données trouvées sur Internet).
Avec une charge de 16 Ohm (bien que les écouteurs professionnels aient rarement une résistance inférieure à 50-60 Ohm) et un signal de sortie de 4V RMS (ce qui correspond à une tension d'amplitude de 5,6V), le microcircuit dissipera 2W de chaleur (consommation de courant dans ce le mode est légèrement supérieur à 100 mA). À une température ambiante de 25 °C, le cristal ne chauffe pas plus de 65 °C.
Puisque notre appareil sera dans un boîtier fermé, la température à l’intérieur peut atteindre des valeurs tout à fait décentes de 50 à 60°C. En conséquence, nous obtenons une température cristalline d’environ 100-110 °C, ce qui est tout à fait acceptable. Mais c'est sur un signal sinusoïdal, sur un signal musical (même si j'ai dû "voir" des bandes sonores avec RMS -3 db :-)) l'échauffement sera bien moindre.

Comme premier « étage », un appareil fabriqué par une autre société a été choisi - LME49710 de Texas Instrument, qui présente d'excellentes caractéristiques : faible niveau de tous types de distorsion, très faible niveau de bruit (0,34 µV RMS@20Hz - 20000 Hz), faible niveau de décalage (± 0,05 mV), gain en boucle ouverte élevé (140 dB) et haut niveau CMRR et PSRR (120 et 125 dB).
Cependant, au cours du processus de configuration de l'appareil, je suis tombé sur une copie de cet ampli-op, une fois installé, la tension constante à la sortie était d'environ 14 mV ; après délibération, un autre appareil a été installé (sur 10 achetés) - tout est revenu à la normale.

Le tableau comme élément de design

Lors de l'utilisation d'un ampli opérationnel à grande vitesse tel que le LT1210, qui a une vitesse de montée de tension de sortie de 900 V/µs, une attention particulière doit être portée à la topologie du PCB, car dans les circuits analogiques à grande vitesse, cela peut affecter considérablement la qualité. de l'appareil. La carte doit être conçue de manière à minimiser l'impact sur le fonctionnement du circuit. Vous pouvez en savoir plus sur la topologie des cartes de circuits imprimés dans les livres et.
L'amplificateur est réalisé sur un circuit imprimé double face, dont la couche inférieure est réservée au polygone GND. Bien entendu, lors du processus de câblage, certains circuits se sont retrouvés sur la couche inférieure, mais ils sont de courte longueur. Cette topologie de carte a été choisie pour minimiser l'impédance de terre requise pour fonctionnement stable amplificateurs opérationnels à grande vitesse. La vulnérabilité des entrées inverseuses de l'ampli-op à la capacité de la terre a également été prise en compte, puisque même une capacité de 1 pF peut entraîner une augmentation du coefficient de transfert de l'ampli-op à des fréquences proches du maximum. La solution la plus évidente à ce problème consiste à raccourcir la longueur du conducteur. Une autre solution, moins évidente, consiste à réduire sa largeur. En conséquence, l'utilisation de conducteurs de 0,3 mm d'épaisseur à l'entrée inverseuse de l'ampli-op donne une capacité d'environ 0,1 pF en fonction de la constante diélectrique du matériau de la carte (pour FR-4 de 4 à 5).

Pendant l'assemblage et la configuration

Pour alimenter l'appareil, on utilise un transformateur à quatre enroulements secondaires d'une tension de 14 V et d'un courant de 500 mA, spécialement commandé à l'usine pour ce projet. J'ai utilisé un contrôle de volume ALPS RK27 avec une résistance de 10 kOhm. L'affaire a été achetée en Chine.

Malheureusement, à ce moment-là, il n’y avait rien à portée de main à part le téléphone.

Et maintenant les mesures

Après montage et écoute, des mesures ont été réalisées à l'aide du complexe

L'amplificateur proposé est destiné à être utilisé avec des écouteurs ayant une résistance ≥ 25 Ohms. En tant que source signal sonore peut servir de carte son PC, de lecteurs CD/DVD, appareils portables. Permet de « décharger » la sortie de la source, ce qui a un effet positif sur la qualité sonore (réduction de la distorsion harmonique, élimination du « blocage » dans les basses fréquences lors de l'utilisation d'une source avec des condensateurs d'isolation en sortie).

Caractéristiques:
Niveau de sortie : 3 V (RMS) ;
Inégalité de la réponse en fréquence (dans la plage 40 Hz - 15 kHz), dB +0,09, -0,20
Niveau sonore, dB (A) -89,2
Plage dynamique, dB (A) 87,0
Distorsion harmonique, % 0,0015
Distorsion harmonique + bruit, dB(A) -80,8
Distorsion d'intermodulation + bruit, % 0,013
Interpénétration des canaux, dB -86,6
Intermodulation à 10 kHz, % 0,014
*Les mesures ont été effectuées à l'aide carte son SB Audigy (SB0507)

Circuit amplificateur et alimentation

L'étage de sortie de l'amplificateur est couvert par l'OOS local, et l'amplificateur dans son ensemble est couvert par l'OOS. Un filtre passe-bas est installé à l'entrée de l'amplificateur, un circuit Zobel et une self sont installés à la sortie. Des circuits RC sont introduits dans l'OOS pour réduire le gain RF. Le facteur de gain est de trois.

L'amplificateur utilise une alimentation bipolaire stabilisée ±6V. Des microcircuits LM317T ont été utilisés comme stabilisants.

Construction et détails

Structurellement, l'amplificateur est assemblé sur deux circuits imprimés. Le sous-module amplificateur est réalisé sur un circuit imprimé double face.

Ce sous-module est installé sur le circuit imprimé principal simple face, qui abrite également l'alimentation, les connecteurs et les commandes.

La plupart des composants utilisés sont conçus pour un montage en surface : résistances et condensateurs de taille 1206. L'alimentation utilise un transformateur HAHN BVUI 3020161 de type MKP. Condensateurs céramiques dans les circuits audio de type NP0. Contrôle de volume à double résistance variable ALPS RK09. Les selfs de sortie sont enroulées sur des résistances MLT-2 avec un fil PEV-2 de 0,5 mm jusqu'à ce qu'une couche soit remplie. Au lieu de AD8066, il est possible d'utiliser AD823, OPA2132, OPA2134. Le boîtier d'usine GAINTA G738A a été utilisé.

L'amplificateur est idéal pour travailler avec des écouteurs dynamiques de tout type et peut également être utilisé comme préampli ou convertisseur courant/tension.
La plage de résistance de charge va de 16 Ohms lorsqu'il est alimenté par +-12 V, à partir de 8 Ohms lorsqu'il est alimenté par +-5 V. L'amplificateur dispose d'une protection de courant haute vitesse intégrée et d'une protection contre l'apparition d'un composant CC en sortie Indicateur LED. L'amplificateur doit être alimenté par une source d'alimentation stabilisée avec une tension nominale de +-12 V et une tension maximale autorisée de +-14 V. Dans la grande majorité des cas, un stabilisateur basé sur le couple LM317/LM337 fournira la qualité d'alimentation requise. La consommation de courant en mode repos est de 70 mA. «Quiet» est équipé d'un filtre de sortie de type LRCL, qui offre, d'une part, une bonne marge de stabilité lors d'un fonctionnement avec une charge complexe, et d'autre part, la résistance de sortie minimale possible, ne dépassant pas 0,1 Ohm.

Principales caractéristiques :

• - Gain en connexion inverseuse 12 dB (4 fois)
• - Le coefficient de distorsion non linéaire est inférieur - 120 dB (charge de 100 Ohm, 20 V p-p), le spectre harmonique est court, atténué
• - Distorsion d'intermodulation inférieure à -120 dB
• - Impédance de sortie moins de 0,1 ohm
• - Vitesse de montée/descente symétrique, pas inférieure à 200 V/µs
• - Rapport signal/bruit dans la bande de fréquence audio d'au moins 110 dB
• - Courant de sortie de crête (à court terme) d'au moins 1 A

Pour faciliter l'utilisation, le pas des broches Tikhoni est de 2,54 mm. Il peut donc être installé sur une pièce planche à pain, en y assemblant des redresseurs, des filtres et des stabilisateurs de tension.

« Quiet » est fourni uniquement sous forme d'appareil entièrement assemblé.
Cela est dû, tout d'abord, à la grande complexité technologique du circuit imprimé et à la grande sensibilité aux types et caractéristiques de certains composants, ainsi qu'à la qualité de l'installation. "Silencieux" ne pardonne pas les changements arbitraires et inconsidérés dans les valeurs des éléments (par exemple, modifier le gain en remplaçant une seule résistance), cependant, avec les valeurs recommandées et dans l'inclusion recommandée, il fournit un ultra- hautes performances. Ces limitations sont associées à l'énorme vitesse d'une partie du circuit et à la subtilité de la recherche de la correction de fréquence optimale.
Cependant, sans être touché par un fer à souder, « Quiet » fonctionne parfaitement dans un « environnement » très médiocre - les aspects les plus importants et les plus critiques du fonctionnement ont été pris en compte. Un simple redresseur avec des stabilisateurs et des condensateurs bon marché fournira le minimum d'existence nécessaire.