Discrete audio opamp

Als er geen metingen gepost worden betekend dat niet dat er niets gebeurt.

Wachtend op onderdelen probeer je nog eens wat. En daarbij wordt er niet alleen gemeten maar ook geluisterd!

- De bias stroom van Q1 en Q2 is best wel iets om rekening mee te houden. Weerstand R9 zit daar behoorlijk in de weg, en die heb ik dus laten vervallen.

- Met de HP34401A heb ik R2/R5 ook gematched. Uiteindelijk 20k 1% metaalfilm genomen. Ik moet nog eens precies hier de effecten van bekijken.

- Om het DC gedrag goed te bekijken heb ik tijdelijk C3 eruit gehaald en R4 aan massa gelegd. Vervolgens ben ik wat gaan spelen met R4/R5. R4 22k gemaakt en R5 2M2. En toen ben ik offset spanning gaan meten. Ik heb zelfs een zelfde paartje in elkaar gefabriekt als @Blackdog. De offset is steeds ergens tussen 0,5 en 1,5 mV. Ook redelijk temperatuur afhankelijk.

- Luisterend naar het geheel kwam ik erachter dat de 2M2 weerstand een heuse ruisbron is. Alsof je aan zee staat.

- De 2N7000 MOSFET zou ook in de schakeling passen. Dus die heb ik geprobeert. Wel heel erg mooi DC gedrag, uiteraard geen input bias current. Lijkt een ideaal ding. Totdat je gaat luisteren. Wederom een hele mooie ruisbron. Gaat hem niet worden.

Hi,

Zoals beloofd heb ik wat metingen gedaan aan de opgevoerde stroombron van JBerg54.
De onderdrukking is zeer goed, ik heb gemeten met de onderstaande schakeling.

De hoofdvoeding komt weer uit de moduleerbare Harrison voeding, de DC spanning is 23V en hier staat 1V RMS op.
De tweede voeding, een 9V batterij levert de schone stroom voor Q1,
R5 is een meetweerstand en vervangt ook de verschil versterker waar normaal de stroom aan gelevert wordt.

Dit is de analyzer uitgang bij 80Khz bandbreedte, alleen ruis zichtbaar en de voeding wordt gemoduleerd met 20Khz 1V RMS.

Zo blij af en toe met die moderne meetappatuur, nu op de HAMEG 64x gemiddeld, en daar is het gesuperponerde AC signaal.
Zoals altijd met plaatjes die uit de analyser output komen kijk niet naar de schaal het zijn relative metingen..

Het ruis/stoorniveau wat ik met de AP meet is ongeveer 82uV over de 1K meetweerstand bij 22Khz bandbreedte.
Alle ruis en prut die over de LM385 staat wordt natuurlijk versterkt weergegeven over de 1K weerstand.

De ruis is vrij breedbandig met maar een heel klein residu van de meetfrequentie die ik toevoer.
De onderdukking is dus uitstekend voor de variatie van de voedingsspanning.

De ruis die nog aanwezig is kan van de 82uV over de 1K weerstand worden terug gebracht met C1 die in het schema staat.
De ruis is dan rond de 50uV over deze weerstand.

Ik denk dat het zinning is om te testen als de versterkertrap werkt of de elco enige zin heeft voor de ruis van deze eindversterker.
Als je van -103 naar -105dB gaat dan weet ik het wel, of dan JBerg54 wel, weg met dat ding

Ik hoop dat deze meting wat inzicht voor jullie geeft.

Gegroet,
Blackdog

Hi Blackdog

Mooie plaatjes!

Elko moeten we denk ik niet doen, om verschillende redenen. Je had ook al beredeneerd dat het niet zou werken.
Als je dan de elko wil laten zitten zou je weer de truuk moeten toepassen met het opdelen van weerstand R2. En dan de condensator daar tussen in zetten. Hoeft dan waarschijnlijk niet eens een elko te zijn.
Maar uiteindelijk blijf je met de ruis uit de LM385-12 zitten. Daarvan heb ik ooit alleen het deel tot 10hz gemeten.

Ik vind de resultaten erg mooi. Met relatief weinig extra componenten en weinig kosten wordt het er veel, maar dan ook veel beter van.

Nog een opmerking over mijn vorige posting. Ik had de gate van de MOSFET via een lang draadje met de terugkoppeling verbonden. En dat draadje pikte al die rotzooi op. Stommigheidje. Wordt vervolgd!

Gaaf heren!!!

Dit sluit leuk aan met de lessen die ik afgelopen jaar heb gehad. Nu mijn stage bijna is afgelopen heb ik weer wat meer tijd om te prutsen. Volgens mij heb ik hier nog wat van die transistoren waarvan er twee in een behuizing zitten. Ik denk dat ik ook maar eens wat ga experimenteren.

Gevonden de CA3096. Geen idee of het bruikbaar is, maar wel leuk om mee te testen.

[Bericht gewijzigd door hardbass op dinsdag 12 januari 2016 00:09:01 (12%)

Zou het nog de moeite lonen om de LM385 te vervangen door een type met lagere ruis?

De QUAD 303 uit 1969 had ook al een gestabiliseerde voeding. Dus passen we die hier ook toe zijn we in goed gezelschap. Maar persoonlijk denk ik dat dat niet nodig zou moeten zijn.

Maar mijn echte vraag is, zou een dubbele symmetrische long tailed pair aan de ingang niet netter zijn. Dus naast de al bestaande NPN trap nog een PNP toevoegen en daarmee de hele versterker symmetrisch maken.
Wel jammer dat de dubbeltransistoren als SSM22xx en MAT03/12 alleen voor lage spanningen bruikbaar zijn.

Hi,

Hardbass
De spanningen van de CA3096 zijn wat aan de lage kant, dus dat is al een NOnO voor dit ontwerp.
Ga er vooral mee experimenteren, bouw een opamp er mee zoals in de datasheet of een andere functie, zeer leerzaam!

Voor iedereen
De transistoren aan de ingang zijn belangrijk voor ruis, lineairiteit, offset en bandbreedte.
Zomaar wat er in plakken omdat je dat hebt liggen, ga je Godelijke gang, maar dan niet klagen.
Dit geld ook voor de andere uitgezochte onderdelen.
Ja, dat komt overeen met wat SS ook zij op dit forum en andere fora, alleen ik doe het vriendelijker

JBerg54
De ruis van de versterker hangt van de transitoren af in de verschiltrap, de impedantie die de ingangs basis ziet
(daarom heb ik jouw 1K er uit gekegeld en vervangen voor 100 Ohm of zelfs 47 kan bijna altijd.
Deze is er alleen ter voorkoming van generatie verschijnselen op vele Mhz.
Ook was je er al achter dat de ruis afhankelijk is van de feedback weerstanden, 1K en 22K is een redelijke waarde.
220 Ohm en 5K6 kan ook en geeft je een beter ruisgedrag.
Deze comby heeft wat nadelen, als er een elco wordt gebruikt, moet deze 4x groter zijn in waarde.
De 5K6 moet een redelijk vermogen hebben, kan met 4x 22K paralllel.

Zijsprongetje
Bij zeer ruisarme opamp schakelingen zie je wel een aparte 1x buffer toegepast direct achter de opamp.
Hierdoor kunnen er lage waarden worden toegepast voor de feedback weerstanden en de opamp wordt als geheel hiermee ontlast.
De opamp ziet door de hoog Ohmige buffer ingang geen enkele belasting, dus de maximale loopgain is dan aanwezig.

Er kunnen wel Fets worden toegepast zoals de enkele 2SK170 of de dual versies hiervan.
Mooie ruiscijfers zijn hiermee mogelijk, eigenlijk geen bias problemen maar wel flinke offset problemen.
Verder is zowel de ingangs capaciteit als de Drain Source capaciteit nogal hoog,
samen met de mindere versterking vind ik dit geen goede keuze.
Je komt dan al snel bij een cascode schakeling aan om de Drain Source capaciteit kwijt te raken.

Ik weet niet hoever je wilt gaan, heel snel zit je aan een soort schakeling als die door SS is voorgesteld of
zoiets al de Blameless Amplifier.
Wat is eigenlijk je doelstelling, simpel, goede kwaliteit en met een beetje kennis goed na te bouwen of een Non Plus Ultra ontwerp wat een lange ontwerptijd geeft en misschien niet klaar komt?

jeronimo2003
Ik heb nog even bij de referenties gezocht, en kwam van Lineair Technology nog een LM385-1,25 tegen en een LT1004.
Beide getest en deze geven de zelfde resultaten, de ruis gaat hiermee van ruim 80uV naar beneden naar ruim 60uV in mijn meetschakeling.
Als je nu een weerstand van 100 Ohm tussen de referentie zet an de basis van Q1 in mijn testschakeling dan zakt de ruis bij bij plaatsing van een 47uF condensator naar massa aan de basis naar 3,5uV.
Ook nu weer, ik zou dit pas gaan toepassen als ik metingen aan het hele ontwerp heb gedaan en het zinnig zou zijn.
Steeds weer oppassen dat je niet doorslaat in de gebruikte technieken.

De dual transitoren zijn ontworpen voor bepaalde toepassingen, meestal moet je dan denken aan schakelingen met een lage bron impedantie.
Rekstrookjes, moving coil elementen, PT100 sensoren, om er maar een paar op te noemen.
Vergeet ook niet dat de collector basis capaciteit zo'n 10x groter is dan de door mij voorgestelde transitoren,
wat trouwens ook lage ruis typen zijn.
Die hogere capaciteit verlaagt de versterking en de bandbreedte.
Je bent bij het ontwerpen constant bezig afwegingen te doen, als je alleen naar het ruisgedrag kijk bij een onderdeel
zoals de moderne MAT12 van Analog Devices, dan neem je jezelf in de maling.

Gegroet,
Blackdog

Op 11 januari 2016 15:15:34 schreef Roland van Leusden:
[...]

Audioversterkers met transistoren, Constructie van audio versterkers, praktische wenken en theoretische grondslagen, door W. Jak, De Muiderkring NV Bussum (1 e druk) jan. 1969

Praktisch alle ontwerpen hierin, inclusief de eindversterker worden vanuit een gestabiliseerde voeding gevoed. Elco's voor hoge spanningen en met hoge capaciteit zijn nooit goedkoop geweest.

Gemeten harmonische vervorming met/zonder gestabiliseerde voeding.
Plaatje komt uit dat boek. Een gestabiliseerde voeding voor endamps zie je niet veel meer. Kost onderdelen, geeft meer warmte ed.
Dit schema is een basic fabrieksapp van RCA met 2 NPN eindtorren (PNP was er nog niet in Si). Basic omdat er bijv. weinig tegenkoppeling inzit, geen Boucherot filter en spoel, ect. ect.
Schema staat op blz. 61

Op 12 januari 2016 12:43:56 schreef blackdog:

Wat is eigenlijk je doelstelling, simpel, goede kwaliteit en met een beetje kennis goed na te bouwen of een Non Plus Ultra ontwerp wat een lange ontwerptijd geeft en misschien niet klaar komt?

Het is eigenlijk begonnen als een soort vingeroefening, als voorbereiding op een echte power versterker.

Ik denk dat ik hem ga afmaken zodat iedereen hem kan nabouwen. Kwaliteit moet eigenlijk beter zijn dan het gemiddeld spul uit de winkel. Kosten moeten beheersbaar blijven, en de componenten goed verkrijgbaar. Ik denk dat het meeste op de eindtrap na ook al aan de orde is gekomen, en nu ook wel vast staat.

Vandaag een eerste zwikje BD139/B140 binnen gekregen. Gauw even gemeten en dat viel niet tegen. Deze zijn van NXP, hfe ligt rond de 280+

Om te kijken hoeveel ruimte ik nodig heb voor een prototype heb ik alles eens op een printje van 5 x 7 cm gegooid. Gewoon om eens te kijken of het past.

Ik heb op het moment best veel werk, dus het moet in de spaarzame vrije uurtjes gebeuren.

Stay tuned!

Ik volg het al een tijdje en ik moet zeggen: heel interessant discussie! Het begint ook bij mij te kriebelen om te bouwen.

Aan audio versterkers heb ik niet direct een nood, dus ik ga mikken op hogere GBW en slew rate. Stap 1 is een cascode van de ingangstrap maken, door boven Q1 transistor een NPN common-base te plaatsen. Voor Q2 is dat natuurlijk niet nodig.

@RAAF12, wou het dit weekend opzoeken, maar jij was sneller. Idd het stukje waar ik aan refereerde. Uiteraard kun je alleen de voor trappen en de drivers op een gestabiliseerde voeding zetten, die heeft dan ook niet zoveel vermogen nodig.

Hi,

Jammer genoeg ontbreekt mij de tijd ook een beetje.
Ook mijn voedings project verlangt aandacht en als het goed is komt morgen een printje binnen van de CO voeding waar ik ook testen aan ga doen.
En i.v.m. de tijdsdruk van CO gaat dat even voor.
Dus het duurt nog even voor ik de eerste meetgegevens kan laten zien.

Mijn meetset heeft nu ook goed werkende software en kan voor audio nu tot zo'n 90Khz bandbreedte meten en 24 bit diep, nou zoiets met extra filtering lukt dat wel

Het grootste gevecht dat JBerg54 en ook ik ga voeren is dat van de loopgain samen met het fase gedrag.
Ik streef niet naar 50Watt output met 0,001% vervorming, als het lukt is het mooi.
Ik vind stabiliteit en een vrij goede slewrate belangrijk en verder een lage dubbeltoon vervorming.

De metingen zullen het laten zien hoever ik kom en misschien ook de setup van JBerg54 als hij naar Amstelredamme komt

Gegroet,
Blackdog

Vandaag geen metingen, maar eens wat hoofdrekenen. En een paar foto's.

Het schema zoals het nu is:

Vandaag heb ik een Setton AS 3300 gerepareerd, en een Yamaha RX-750 op de tafel staan. De high end Sony ES55 is retour klant. In deze apparaten zitten een aantal interessante ontwerp keuzes, vandaar dat ik ze er hier bij neem.

Laten we het eens hebben over transistoren en de spanningen die we tegenkomen.

Nu is dat bij +/- 8V een tamelijk triviale zaak, maar als we naar +/- 40V of zelfs nog iets hoger gaan wordt het toch een ander verhaal. Voor het gemak tel ik +/- voeding even op tot V_totaal.

Q1/Q1. Omdat de basis aan GND ligt, en de emittor daar 0,7V onder zal de V_ce van Q1/Q2 nooit hoger zijn dan V_totaal / 2.

Q3 heeft altijd V_totaal / 2 - (0.7 + 0.6) als V_ce. Die 0.6 is de spanning over R7

Q4 kan de V_totaal als V_ce krijgen. Dat gebeurt als de eindtrap helemaal naar de negatieve rail wordt uitgestuurd. De spanning over R1 is te verwaarlozen.

Q5/Q6 kan de V_totaal als V_ce krijgen. Dat gebeurt als de eindtrap helemaal naar een van de voedings rails wordt uitgestuurd.

Q7/Q8 stellen de minste eisen qua spanning. 0,7V en dan is het wel bekeken.

Q9 heeft altijd 2x de V_be als V_ce. Geen eisen qua spanning dus, waar wel noodzakelijk dat hij thermisch gekoppeld wordt met Q5/Q6. Daarover later meer.

Q10 is hetzelfde als Q4, maar dan naar de andere rail.

Ik heb van een aantal veelgebruikt transistoren de V_ce eens op een rijtje gezet. (datasheet's zoveel mogelijk Fairchild)

BC547/BC557       45V
2N2222/2N3906     40V
2N5401/2N5551    160V
BD139/BD140       80V
2SA1358/2SC1321  120V
2SA1360/2SC1323  160V
2SA1941/2SC5198  140V

Wat betekend dat nu? Als ik ervanuit ga dat er minimaal 25% marge moet zitten op de V_ce dan kom ik op het volgende:

Tot +/- 15V maakt het eigenlijk niet zoveel uit, elke transistor kan qua spanning gebruikt worden.
Bij +/- 15V valt de 2N2222/2N3906 af voor Q4/Q10 en Q5/Q6
Bij +/- 17V valt de BC547/BC557 af voor Q4/Q10 en Q5/Q6
Bij +/- 30V valt de BD139/140 af voor Q4/Q10 en Q5/Q6

Daarboven wordt het oppassen geblazen

Tot slot nog een opmerking over Q9. Om thermisch stabiel te blijven moet deze thermisch gekoppeld worden met de eindtransistoren Q5/Q6.

Sony lost dat op door voor Q9 een 2SC1321 te nemen in TO126 behuizing en deze op het koellichaam te schroeven. Simpel en elegant.

Yamaha gaat wat verder, die nemen een standaard TO92 behuizing en maken er een speciale constructie van.

Stay tuned!

Je bent het wiel opnieuw aan het uitvinden, want die koppeling wordt al ruim 40 jaar zo door iedereen toegepast!
Om thermische vervorming te voorkomen is het beter dit direct op de chip te doen of in de eindtorren:

Zie ook mijn post van 8-1 j.l.

Op 14 januari 2016 16:51:43 schreef mtb:
Je bent het wiel opnieuw aan het uitvinden, want die koppeling wordt al ruim 40 jaar zo door iedereen toegepast!

Dat is inherent aan de gebruikte onderdelen! Pas als je IC ontwerper bent ben je iets nieuws aan het maken.

Leuk voorbeeld van iets nieuws is bijv. het patent op het long tailed pair van Blumlein (1936)
http://www.alanturing.net/turing_archive/pages/blumlein/

OnSemi heeft daar ook leuke torren voor:

NJL3281D (NPN) & NJL1302D (PNP): 15 AMP, 260 VOLT, 200 WATT, ThermalTrak

met ingebouwde diode dus, word het wel gelijk een stuk minder nabouwbaar van.

Hi Roland,

Transitoren zijn besteld, de diode kan ik mooi gebruiken om de ventilator aan te sturen als ze gebruikt worden in een voeding
En ze natuurlijk testen in de versterker.

Zeer lage thermische weerstand!
Thermal Resistance, Junction−to−Case RJC 0.625 °C/W, Toppie!

Dank en gegroet,
Bram

Nb. @Blackdog

Ik had laatst iemand hier die zijn eindtransistors van zelfbouw voeding opblies op de koelplaat, bij nader onderzoek bleek dat er van die dikke keramische witte plaatjes tussen zaten, wel met pasta aan beide zijden. Die plaatjes zijn bedoelt voor hoge spanningen, voor montage van triacs ect. Na vervanging door mica met dun pasta aan beide zijden was het probleem verholpen!

Apart, Fischer geeft 0.3K/W voor een Al₂O₃ TO3 isolatieplaatje en 0.4K/W voor de mica variant.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op donderdag 14 januari 2016 20:36:49 (67%)

Hmm, het merk van die plaatjes weet ik niet en ze waren wel heel dik....
Kan me ook een artikel in Elektor herinneren waarin ze waarschuwden voor die dikke keramische plaatjes.

Op 14 januari 2016 20:16:10 schreef jeronimo2003:
Apart, Fischer geeft 0.3K/W voor een Al₂O₃ TO3 isolatieplaatje en 0.4K/W voor de mica variant.

En daar heb ik ook nooit problemen mee gehad.

Op 14 januari 2016 20:20:17 schreef RAAF12:
Kan me ook een artikel in Elektor herinneren waarin ze waarschuwden voor die dikke keramische plaatjes.

Ik kan me het artikel niet herrinneren, ik zou het graag even willen lezen.

En verder lees ik lekker mee, bedankt voor de afsplitsing.

http://www.aavid.com/product-group/interface/insulators/mica
http://www.aavid.com/product-group/interface/insulators#oxide

c/p
Mica
0.528 Wm-1°C-1
(0.30 Btu/hr.ft °F)

Alu oxide
15.06 W/mK @ 75° (8.71 BTU/hr-ft°F @ 167°F).
-/cp

Elektor moet ik opzoeken in de openbare bibliotheek. Maar ik weet zeker dat ze expliciet waaarschuwden voor keramiek.

Een hele tijd geleden heb ik wel eens gekeken naar isolatoren, en ben toen tot de conclusie gekomen dat siliconen thermal pads eigenlijk het beste waren. Die breng je aan zonder pasta. Geen idee of ik dat goed uitgezocht heb?

Nu is dat voor dit ontwerp niet zo van belang, maar ik ben voornemens nog een echte eindtrap te bouwen en dan speelt het natuurlijk wel een rol.

Op het moment heb ik veel reparatie aanbod, dus weinig tijd. Maar kleine dingen gaan nog wel. Zo heb ik een test gedaan met de beveiliging van de uitgangstrap. Dat ziet er goed uit. Het zit niet in het circuit van de audio, omdat ik niet wil dat het afschakelen van de eindtransistoren op geen enkele manier deels gaat gebeuren door de audio te clippen.

Zie daarvoor het IV circuit van Rod Elliott. Ik ga het dus anders doen

n.b. ik vraag me af of er interesse in in het restant van de printen die ik voor dit ontwerp laat maken?
En is er interesse voor het restant van de printen van de echte eindtrap?

[Bericht gewijzigd door JBerg54 op donderdag 14 januari 2016 21:31:48 (10%)

Silpad info
http://www.farnell.com/datasheets/99609.pdf
Zij geven ook aan dat de thermische weerstand van keramiek hoger is dan mica. Overigens gebruik ik pasta aan beide zijden. Voor LF en voedingen met mica en voor triac's >220V met wit keramiek.

Jaja, restant printen. Daar is zeker belangstelling voor
mvg Anne

Op 14 januari 2016 23:46:21 schreef RAAF12:
Zij geven ook aan dat de thermische weerstand van keramiek hoger is dan mica. Overigens gebruik ik pasta aan beide zijden.

Yep, die sil pads bedoelde ik. Ik heb eens ooit 1000 stuks voor TO247 gekocht, voor ander behuizingen knip ik ze wat bij.

Ik meen ook gelezen te hebben dat het door de pasta wat slechter werd qua thermische geleiding.