Audio schemos leopard
     
 



Audio by Minde

 
Linkiu gerai praleisti laiką mano asmeninėje svetainėje


Ultra High-End
ausinių stiprintuvas
su TPA6120

 

   TPA6120 mikroschema pasižymi keliomis išskirtinėmis savybėmis, kaip pavyzdžiui nuo stiprinimo (gain) nesikeičiančiu dažnių ruožu. Taip pat labai geru slew rate, kas reiškia kaip greitai išėjimo signalas sugeba pasikeisti pasikeitus signalui įėjime. Slew Rate netgi 1300 V/μs! Kuomet kitas, būdamas High Speed audio operacinis OPA2134 turi 20 V/μs slew rate. Dar dažnai taip apibūdinamas mikroschemos greitis.  Kita funkcija TPA6120 čipe tai "current-on-demand". Tai leidžia stiprintuvui reaguoti greitai (kas kaip suprantu ir pagerina slew rate) ir tiesiškai, nepakeliant triukšmų (kas nepagadina Signal to Noise Ratio ribos). Dar vienas dalykėlis tai nepriklausomas maitinimas abiems kanalams kad sumažinti Crosstalk (kad vienas kanalas kuo mažiau įtakotų kitą). Taip pat galimybė jungti žemos varžos apkrovą. Tokią žemą kaip 8 omai. Intermoduliaciniai ir harmoniniai iškraipymai tokie maži, kad net nesivarginsiu rašyti to skaičiaus su daugybe nulių, nes vistiek greičiausiai vieną kitą praleisiu. Dar daugelis kitų blizgančių parametrų paverčia šį vadinamą operacinį ypač aukšto lygio.

   Žinomos firmos kaip SMSL (galiu gerai atsiliepti apie šios firmos T-amp'us), arba Asus naudoja šią mikrsochemą savo gaminiuose. Pabandykim sukonstruoti ausinių stiprintuvą su šia mikroschema ir palyginti su Asus Xonar Essence STX audiofiline garso korta (šiuo metu pastaroji kainuoja 600 litų). Asus garso plokštėje prieky stovi buferis su (pakeistas operacinis) LME49720. Mūsų variante buferio nėra. Gal kiek keistai atrodys SMD mikroschema ir aplink ją išvadiniai komponentai, bet tokie jau mano įsitikinimai. O įsitikinimai ne mažiau svarbūs garso atkūrime nei bet kas kitas... Bet kokiu atveju SMD komponentai turi savo nišą, o išvadiniai - savo. Bet kurio tipo komponentų galima gauti kokybiškų. Išvadiniai aišku vistiek bus šiek tiek kokybiškesni....

   Supaprastinta schema:

   Stiprintuvo schema tai viso labo kelios detalės. Pats panaudojau trumpiklius, kuriais galima pasirinkti schemos stiprinimą priklausomai nuo naudojamo šaltinio signalo išėjimo lygio. Naudoju invertuotą jungimą. Triukšmai lyginant su neinvertuotu jungimu sumažėja 10 kartų. Įėjimo varža aišku tampa labai maža palyginus su invertuotu jungimu, bet žema Rin, atseit, garsui tik geriau. Čia, įėjimo varža yra lygi 1K0. Žemesnė Rin jau būtų kiek per žema. Šaltinis gali būti apkrautas per stipriai, arba tektų konstruoti papildomai buferį. Taip pat mažesnės varžos rezistoriai yra ne tokie triukšmingi kaip didesnės varžos, tad laikyti kiek įmanoma žemesnius rezistorių nominalus tik geriau. Schema paprasta, bet yra nemažai kritinių vietų norint tvarkingai parinkti detalių nominalus ir juos išdėstyti plokštėje.

   Maitinimo šaltinis:

   TPA6120 sudaryta iš dviejų nepriklausomų High-Fidelity stiprintuvų integruotų į vieną korpusą. Kiekvienam stiprintuvui konstruojame po atskirą maitinimo šaltinį. Aš panaudojau transformatorių su keturiom antrinėm apvijom. Pradžioje 30VA HAHN, bet paskui konstruojant korpusą man jis netilpo į vidų,tad pakeičiau į žemesnio profilio 13VA transformatorių. Gavosi po dvi apvijas kiekvienam kanalui. Toliau seka standartinis low dropout stabilizatorius su 7812 ir 7912 stabais. Keletas didesnės talpos kondensatorių ripple (pulsacijoms) sumažinti ir  viskas šuntuota plėveliniais kondensatoriais.
   Šuntavimas yra būtinas. Paprastai šuntuojama 0.1uF kondensatoriais. Realiai talpa galima varijuoti nuo 0.01 iki 1uF. Tai apsaugo nuo aukšto dažnio triukšmų atkeliaujančių maitinimo takeliais link mikroschemos. Didelės talpos kondensatoriai tai standartiškai ripple sumažinti ir rezervoir paskirčiai atlikti. Maniškiai Nichicon Fine Gold. Viso 2000uF per kiekvieną maitinimo petį. Šiek tiek daugoka, pakaktų ir po 1000uF, bet papildoma talpa tikrai nemaišo. Kai kuriems audiofilams, aišku būtų daugoka, nes nuo per didelės talpos kenčia muzikos dinamika... Jokiu būdu nenaudokite general purpose elektrolitų. Rinkitės kondensatorius su kiek įmanoma žemesne vidine varža (low-ESR). Papildomi droseliukai maitinimo kely nereikalingi. Svarbu kad žemė būtų kiek įmanoma didesnis vario plotas ir šuntuojantys kondensatoriai būtų sujungti su žeme kuo trumpesniais takeliais arba iš viso viena kojelė būtų tiesiai prie didžiojo vario ploto. Sekantis maitinimo gabalėlis tai pora kondensatoriukų, kurie taip pat šuntuoti, ir kiek įmanoma arčiau mikroschemos kojelių. Jeigu pastarieji toliau kaip maždaug 5cm - negerai. Taip pat low-ESR tipo. Naudojau Panasonic FC. Didelis žemės plotas gali būti ir antra PCB pusė, bet tuomet negalima trasuoti žemės virš mikroschemos, nes tarpsluoksninių PCB takelių talpumu aukšto dažnio triukšmai nukeliaus tiesiai į kojeles ir tiesiai į mokroschemą. Visi šuntuojantys kondensatoriai tokiu atveju taps beverčiai. Generavimas net ir megahertzų ruože gali stipriai pakenkti.

   Rezistoriai:

   Visi schemoje pavaizduoti rezistoriai turi fiziškai būti kiek įmanoma arčiau mikroschemos kojelių. Dėl to būtų labai patogu naudoti SMD, bet SMD nenaudosiu dėl įvairių proežasčių (čia beveik atskiras straipsnis išeitų, bet be nugalėtojų tikriausiai). Vietoje to rinkausi Takman Carbon-plėvelinius rezistorius 1% tikslumo ir kitame variante - precizinius Welvyn 0.1% tikslumo metaloplėvelinius. Dar kartą primenu, kad rezistoriai kiek įmanoma arčiau mikroschemos. Visi rezistoriai svarbūs (na nebent grįžtamam ryšy galima naudoti vieną, o ne keletą, kaip kad aš padariau). Svarbus ir 10 omų rezistorius išėjime. Pastarasis saugo kad mikroschema nematytų talpuminio apkrovimo. Varža 10-100 omų ribose. Kuo mažesnės varžos rezistoriai tuo mažiau triukšmų įnešama į sistemą. Naudojant didelę apkrovos varžą didėja schemos susižadinimo rizika. Tam galime padidinti grįžtamojo ryšio varžą kas leis apriboti dažnuminę link žemesnių dažnių, arba padidinti 10 omų išėjimo rezistorių.
   Apriboti dažnuminę aukštuose dažniuose būtų galima panaudojant kondensatorių grįžtamam ryšy, bet pagal datasheet'ą tai daryti griežtai draudžiama. Jokio kondensatoriaus grįžtamam ryšy.

   Mikroschema:

   Remiantis datasheet'u TPA6120 sklaidomas galingumas gali siekti apie 3.5W. Kiek pats bandžiau, tai mikroschema vos šilta (apie 35-40 laipsnių) po gero pusvalandžio klausant dideliu galingumu. Savo korpuse sumontavau du sulygiagretintus ausinių lizdus su mintim žiūrėti dviese filmus su ausinėmis. Kai namuose yra mažų vaikų toks dalykas labai praktiškas. Apkrauti mikroschemą galime net 8 omais, tad keletas žemaomių (25-36 omai) ausinių turėtų būti juokas. Dėl to, žinoma, gali padidėti mikroschemos sklaidomas galingumas. O aukšta detalės temperatūra man visai nepriimtina. Todėl dėl viso pikto nusprendžiau ją aušinti nuvesdamas šilumą į korpusą per aliuminio gabalėlį. Kaip tai padariau matosi vienoje iš nuotraukų.
   Mikroschemos Thermal Pad arba tiesiog padas turi būti priliuotas prie žemės. Prieš lituodami detales pirmiausiai įlituojame mikroschemą. Naudojamės specialia įranga, arba archaiškai - išgręžiam skylutę tiesiai po padu ir į ją įdėję lydmetalio gabalėlį lituokliu jį išlydome. Taip prisilituos padas prie vario. Kitas būdas būtų apalavuoti padą ir vario plotą po detale bei paprasčiausiai prispausti prie jo. Paskui aliuminio gabalėlis dar įsirems papildomai. Geriausiai visgi pasinaudoti specialia įranga - karšta plytka ar litavimo stotele. Pats vieną TPA6120 perkepinau su lituokliu bandydamas prilituoti padą. Teko perlituot.
   Mikroschemą galima gauti kaip sample iš Texas Intruments ir ji atkeliauja įpakuota į specialų elektrostatinį maišelį su drėgmės indikavimo lapeliu. Ant maišelio parašyta, kad atplėšus jį detalę reikėtų įlituoti per keletą dienų. Jeigu drėgmės indikacinis lapelis rodo spalvų pasikeitimą - detalę kepti orkaitėje prie nurodytos temperatūros. Šalia kepamos vištos galima įmesti ir ištrauks drėgmę iš detalės. Tai visai kaip Alen Bradley varželes kepame. Geriau kad to nereikėtų daryti, nes kiekviena kaitinimo valanda ties aukšta ar detalės ribine temperatūra ją paprasčiausiai gadina. Pats laikiau detalę pakankamai ilgai atplėštam maišelį su keliais papildomais drėgmės ištraukimo maišeliais ir indikacinis lapelis spalvų nepakeitė. Detalės nereikėjo nei kepti nei virti.

   Pirmas įjungimas.

   Jeigu daugiau neprikonstravote apsaugų ar ausinių atjungimo relėmis tai pirmas įjungimas į tinklą būtų nesudėtingas. Signalas per schemą praeina kiaurai, tad net nepajungę į tinklą, per ausinęs galime girdėti garsą pakankamai aiškiai. Jeigu nors vienas kanalas nesigirdi - tikėtina klaida schemoje, plokštėje, perkaitinta detalė ar panašiai.
   Įjungiame stiprintuvą į tinklą nepadavę nieko į įėjimą, o išėjime matuojame ar nėra pastovios įtampos. Jeigu nėra - galime jungti ausines ir paduoti signalą. Pirmas valandas vistiek nerekomenduoju naudoti turimų brangių ausinių, o leisti stiprintuvui pagroti normaliu garsu kokią valandą stebint temperatūras - pačios mikroschemos ir maitinimo reguliatorių. Galima prietaisą tiesiog palikti groti. Po tokio testuko įsitikinsite ar viskas tvarkoj. Realiai, jeigu po 5 minučių niekas neperkaito ar nenudegė - klaidų nepadarėte. TPA6120 turi perkaitimo ir trumpo jungimo apsaugą, bet tai apsaugos tik tvarkingai veikiančiame stiprintuve. Padarius rimtą montažinę klaidą nušaus viską. Tad patys mąstykite ir neskubėkite, nes klaidos kartais kainuoja brangiai.
   Patikrinti dėl susiždainimo ar generacijų galime tiesiog klausydami, bet dažniausiai tai aptikti nelengva. Generavimas vyksta megahertzų ruože, bet jam esant gali įtakoti viso stiprintuvo darbą. Dar paprastesnis būdas būtų matuoti stiprintuvo imamą srovę. Staigus ir nemažas srovės padidėjimas gali reikšti generavimų atsiradimą. Šiaip mikroschema turi veikti stabiliai ir užtikrintai. Ypač naudojant +-12V maitinimo įtampą.

   Papildomos apsaugos

   Papildomai apsaugai galime panaudoti tiesiog saugiklius išėjime. Maksimalus dydis būtų 0.125A ir Fast Blow tipo. Konstruoti papildomą apsaugą nuo pastovios įtampos atsiradimo išėjime nelabai yra reikalo. Tiems, kurie nori kad išjungus stiprintuvą ausinėse garsas nutiltų iš karto, nes dėka maitinimo kondensatorių pastarasis dar pagroja keletą sekundžių kol kondensatoriai išsikrauna ir paskui girdisi tik signalas praeinantis pro schemą, galima sukonstruoti nedidelę užlaikymo schemutę. Ši stiprintuvą įjungs po kelių sekundžių ir išjungs iš karto išjungus jai maitinimą. Plokštėje kartu galima sumontuoti ir saugiklius papildomai apsaugai. Jei koks įkritęs varžtelis užtrumpintų takelius ar dėl panašių nelaimių.

   Užlaikymo schema:

   Užlaikymo laiką nustato kondensatorius 220uF ir rezistorius 5K6. Ši kominacija yra maždaug 2 sekundėms. Keičiant bet kurį iš šių dydžių keičiasi ir laikas. 2K2 rezistorius tranzistoriaus bazėje yra tam, kad relė atsijungtų iš karto išjungus maitinimą schemai.

   Štai ir sukonstravome beveik dviejų monoblokų ausinių stiprintuvą su stipriu kanalų atskyrimu, kur kiekvienas stiprintuvas valdo atskirą garsiakalbį ir klausytojas gali džiaugtis švariu (jokio triukšmo ar fonavimo) ir didelio dinaminio diapazono garsu. 

Konstravau keletą stiprintuvo variantų. Vienas egzempliorius draugui. Keletas gamybos nuotraukų:

   Stiprintuvo korpusas iš įvairių aliuminio profiliukų. Viskas dažyta milteliniu būdu. Panelėje prisukti du Cliff firmos 6.35mm korpusiniai lizdai. Jie geri tuo, kad perveržus plastikinę veržlę ši prasisuka ir tereikia užveržti iš naujo. Niekas nenulūžta. Korpuso gale - signalo įėjimo lizdai ir papildomas Ground išvadas. Čia jeigu kartais jo prireiktų, nors tikriausiai neprireiks... Nuotraukose galite pamatyti variantą su ALPS garsui reguliuoti potenciometru, nors galutiniame rezultate jo vietoje baltas indikacinis LED.
   Visas korpusas gavosi labai juodas, neliko vietos priekyje jokiam lipdukui ar padekoravimui, tad sugalvojau naują būdą užrašams. Tai po plonu organinio stiklo gabalėliu atspausdintas lapas su norimu užrašu. Atrodo sakyčiau visai neblogai ir kartu nematytai. Nuotraukose tik vienas stiprintuvas. Kitas dar nesukonstruotas, bet bus identiškas, na gal vietoje balto indikacinio LED - trys mažyčiai geltoni šviesos diodai palaikyti mano turimos aparatūros dizainui. Dėl potenciometro dar neapsisprendžiau. Dažniausiai signalo šaltiniai jau turi garso reguliavimą.

Klausymosi įspūdžiai ir perklausos, atsiliepimai:

Jau greitai...

Paruošė: Mindaugas Jankūnas
Stiprintuvo PCB: atsidaro su ExpressPCB programa
Relės užlaikymo PCB: Spausti čia.

Informacijai naudota:

Analog Devices: Decoupling Techniques
Texas Instruments: TPA6120 datasheet
http://sjostromaudio.com

2014.03.31
 

Copyright © 2006-2015
Leopard