DIY headphoneversterker, gaat dit werken?

[SirNobax]

Ik heb, met wat hulp, een schema gemaakt voor het versterker gedeelte van een hoofdtelefoonversterker.

Zoals je kan zien lijkt dit op een CMoy, maar waarbij U1 gebufferd zal worden door tweemaal een LM6171 (1 linkerkanaal, 1 rechterkanaal). Het zal door twee 9V blokken d.m.v. een op-amp gebaseerd virtual ground (een enkele LM6171) van stroom voorzien zijn. De amp zal aangesloten zijn op de line-out van mijn SBLive! 5.1 kaartje en mijn 250Ohm Beyerdynamic DT-550 aansturen.

Nu ben ik niet zo technisch aangelegd dat ik kleine details en foutjes kan ontdekken, dus mijn vraagjes:

Gaat dit schema werken? En wat is de Gain volgens mijn schema? (hoef niet gek hoog te zijn)


Als het goedgekeurd word kan ik eindelijk mijn spulletjes bestellen .

[ReneK]

Een paar opmerkingen:

-Volgens mij is de LM6171 een single opamp, geen dubbele. Je hebt er dus twee per kanaal nodig.

-Je hebt de terugkoppeling via R1 en R2 nu over TWEE opamps lopen. Het zijn zeer breedbandige opamps, en er is geen enkele vorm van frequentie compensatie. Dat is bijna vragen om problemen met stabiliteit. Dikke kans dus dat de boel staat te oscilleren.

-Je vraagt om de Gain: deze is R1/R2 + 1 = 5x (ofwel 14 dB). Omdat het een overall tegenkoppeling betreft hebben R3 en R4 geen invloed op de gain (hoewel overall tegenkoppeling hier valt af te raden).

-Wat is de functie van de tweede opamp (U2A)? De versterkt slechts 2x, dat moet U1A gemakkelijk in z'n eentje kunnen, lijkt mij. Met één opamp heb je ook geen problemen met stabiliteit.

-Er zit geen seriecondensator in de uitgang zie ik. Dat betekent dat eventuele DC offset gelijkstroom door je koptelefoon kan veroorzaken, is niet aan te raden. Ik zou in ieder geval tot je schakeling goed werkt er een condensator tussen zetten, om beschadiging van je hoofdtelefoon te voorkomen.

-Wat is de functie van R6? Deze verslechterd alleen maar de dempingsfactor. Is deze toegevoegd voor extra stabiliteit bij capacitieve load?

Rene

[SirNobax]

ReneK schreef op vrijdag 20 juli 2007 @ 13:19:
Een paar opmerkingen:

-Volgens mij is de LM6171 een single opamp, geen dubbele. Je hebt er dus twee per kanaal nodig.

Bedankt voor je snelle reply .

De LM6171 is inderdaad een enkele opamp, deze word enkel gebruikt als buffer (1 per kanaal) en als virtual ground. De main opamp (dat word een dubbele) ben ik nog aan het uitzoeken, want zo'n hoge bandbreedte vraagt om problemen heb ik begrepen. De Main zal dus met Pin 3,2 en 1 voor het linker kanaal zorgen en met pin 7,6 en 5 voor het rechterkanaal, deze lopen beide naar de buffers.

ReneK schreef op vrijdag 20 juli 2007 @ 13:19:
-Je hebt de terugkoppeling via R1 en R2 nu over TWEE opamps lopen. Het zijn zeer breedbandige opamps, en er is geen enkele vorm van frequentie compensatie. Dat is bijna vragen om problemen met stabiliteit. Dikke kans dus dat de boel staat te oscilleren.

Stel dat ik een simpele OPA2132 (niet zo 'hi-end' als de LM6171) als Main gebruik (U1 dus) deze heeft een bandbreedte van 8Mhz, is er dan nog steeds een stabiliteitsprobleem?

ReneK schreef op vrijdag 20 juli 2007 @ 13:19:
-Je vraagt om de Gain: deze is R1/R2 + 1 = 5x (ofwel 14 dB). Omdat het een overall tegenkoppeling betreft hebben R3 en R4 geen invloed op de gain (hoewel overall tegenkoppeling hier valt af te raden).

Dus R3 + R4 weghalen ???

ReneK schreef op vrijdag 20 juli 2007 @ 13:19:
-Wat is de functie van de tweede opamp (U2A)? De versterkt slechts 2x, dat moet U1A gemakkelijk in z'n eentje kunnen, lijkt mij. Met één opamp heb je ook geen problemen met stabiliteit.

U2 is de buffer, de LM6171, vooral om een pad vrij te houden voor mijn lage impedance hoofdtelefoon's. Als ik deze weg zou halen, met alle weerstanden die daarbij horen, zou ik een simpele CMoy overhouden. Aangezien de meeste Op-amps, zonder een buffer, problemen krijgen met 32Ohm hoofdtelefoons, en degenen die dit wel aankunnen zijn, of SOIC (wat ikzelf niet kan solderen, door zowel mijn 'skills' als mijn tools) of kunnen weer geen 250Ohm goed aansturen.

ReneK schreef op vrijdag 20 juli 2007 @ 13:19:
-Er zit geen seriecondensator in de uitgang zie ik. Dat betekent dat eventuele DC offset gelijkstroom door je koptelefoon kan veroorzaken, is niet aan te raden. Ik zou in ieder geval tot je schakeling goed werkt er een condensator tussen zetten, om beschadiging van je hoofdtelefoon te voorkomen.

Ik wou inderdaad een plekje overhouden tussen Pin 1 en Pin 2 van U1, een ~300pF condensator moet dan toch genoeg zijn als ik mij niet vergis.

ReneK schreef op vrijdag 20 juli 2007 @ 13:19:
-Wat is de functie van R6? Deze verslechterd alleen maar de dempingsfactor. Is deze toegevoegd voor extra stabiliteit bij capacitieve load?

Rene

Ja dat is inderdaad de reden.

Ik hoop dat ik een beetje op de goede weg zit met dit ontwerp.

[ReneK]

SirNobax schreef op vrijdag 20 juli 2007 @ 13:49:
[...]

De LM6171 is inderdaad een enkele opamp, deze word enkel gebruikt als buffer (1 per kanaal) en als virtual ground. De main opamp (dat word een dubbele) ben ik nog aan het uitzoeken, want zo'n hoge bandbreedte vraagt om problemen heb ik begrepen.

Hoge bandbreedte hoeft geen problemen te geven, als je maar geen overall terugkoppeling
gebruikt zonder verdere compensatie. Als je lokale terugkoppeling gebruikt (dus R1 aan de
uitgang van U1A ipv. U2A), dan is het systeem wel stabiel.

Stel dat ik een simpele OPA2132 (niet zo 'hi-end' als de LM6171) als Main gebruik (U1 dus) deze heeft een bandbreedte van 8Mhz, is er dan nog steeds een stabiliteitsprobleem?

Als je twee gelijkwaardige opamps gebruikt liggen de open loop kabtelpunten ook dicht bij elkaar (de zgn. dominante polen). Dat is bijna altijd vragen om problemen. Compenseren kan wel, maar is
een heel rekenwerk. Ik zou ofwel lokale terugkoppeling gebruiken, ofwel slechts één opamp.

Dus R3 + R4 weghalen ???

Nee, lokaal terugkoppelen door R1 met U1A te verbinden.

U2 is de buffer, de LM6171, vooral om een pad vrij te houden voor mijn lage impedance hoofdtelefoon's. Als ik deze weg zou halen, met alle weerstanden die daarbij horen, zou ik een simpele CMoy overhouden. Aangezien de meeste Op-amps, zonder een buffer, problemen krijgen met 32Ohm hoofdtelefoons, en degenen die dit wel aankunnen zijn, of SOIC (wat ikzelf niet kan solderen, door zowel mijn 'skills' als mijn tools) of kunnen weer geen 250Ohm goed aansturen.

Zoals het nu getekend is, heeft de tweede opamp niet zoveel zin, volgens mij. Je hebt nauwelijks versterking nodig, één opamp moet gemakkelijk zowel kunnen versterken als 32 Ohm aansturen,
mits je maar een type uitzoekt dat voldoende stroom kan leveren. En een opamp die 32 Ohm kan aansturen, zal ook geen moeite hebben met 250 Ohm.

Ik wou inderdaad een plekje overhouden tussen Pin 1 en Pin 2 van U1, een ~300pF condensator moet dan toch genoeg zijn als ik mij niet vergis.

Zou ik zo niet doen, gewoon lokaal terugkoppelen met R1 tussen pin 1 en pin 2.

[SirNobax]

Okay, R1 zit nu tussen pin 1 en pin 2 in mijn tekening, alleen ik krijg hem niet geupload.

Maar wat ik wou doen was het volgende:

Een stabiele op-amp nemen zoals de OPA2132 als Main opamp, heeft 2 versterkers, is zeer stabiel, prima geluid en kan vlekkenloos grote headphones aansturen zoals mijn DT550.

Omdat deze een redelijk geringe output heeft, 20mA per kanaal, laat ik hem 'gebufferd' worden door twee LM6171's, dit zijn flinke jongens die wel 200mA kan leveren per kanaal.

Wat ik vernomen heb is dat een buffer geen nadelen meegeeft zolang hij maar een hoge output heeft en een hogere bandbreedte.

[ReneK]

SirNobax schreef op vrijdag 20 juli 2007 @ 15:26:
Okay, R1 zit nu tussen pin 1 en pin 2 in mijn tekening, alleen ik krijg hem niet geupload.

Denk dat-ie verder wel goed is zo.

Maar wat ik wou doen was het volgende:

Een stabiele op-amp nemen zoals de OPA2132 als Main opamp, heeft 2 versterkers, is zeer stabiel, prima geluid en kan vlekkenloos grote headphones aansturen zoals mijn DT550.

Omdat deze een redelijk geringe output heeft, 20mA per kanaal, laat ik hem 'gebufferd' worden door twee LM6171's, dit zijn flinke jongens die wel 200mA kan leveren per kanaal.

Wat ik vernomen heb is dat een buffer geen nadelen meegeeft zolang hij maar een hoge output heeft en een hogere bandbreedte.

Lijkt me een goede opzet. De bandbreedte hoeft niet per se hoger te zijn, een beetje
snelle opamp is voor (audiofiele) toepassingen voldoende.

De totale versterking is echter vrij laag in jouw schakeling, lijkt me dat je dat
met een enkele LM6171 of OPA2132 ook prima aan moet kunnen. Maar als
je er graag een aparte buffer achter plaatst, moet je dat gewoon doen ;-)

[SirNobax]

Het ding is juist dat ik ook een gewone CMoy ga maken, die ook een iets simpelere virtual ground heeft (TLE2426).
Dus ik kan een beetje swappen en daaruit een conclusie trekken.

De simpele word dan ook gebruikt voor onderweg (bus, trein, etc) en de gebufferde zal een plekje bij mijn pc krijgen.

Is het echter mogenlijk dat dit ontwerp kleine speakertjes kan laten aansturen (met een hogere gain), aangezien je over een lage versterking spreek?

[ReneK]

SirNobax schreef op vrijdag 20 juli 2007 @ 15:48:
Het ding is juist dat ik ook een gewone CMoy ga maken, die ook een iets simpelere virtual ground heeft (TLE2426).
Dus ik kan een beetje swappen en daaruit een conclusie trekken.

De simpele word dan ook gebruikt voor onderweg (bus, trein, etc) en de gebufferde zal een plekje bij mijn pc krijgen.

Ok, duidelijk.

Is het echter mogenlijk dat dit ontwerp kleine speakertjes kan laten aansturen (met een hogere gain), aangezien je over een lage versterking spreek?

Ja, dat kan. De verhouding van relatief hoge voedingsspanning (2 x 9V) en een relatief
lage uitgangsstroom maakt het echter minder geschikt voor standaard 4 of 8 ohm
speakertjes. 32 ohm zou beter zijn.
Anders kan je beter naar lagere voedingsspanning (bv. penlight batterijen voor
draagbare toepassingen) en opamps die meer stroom kunnen leveren.

[Part]

De LM6171 is geen Rail to Rail opamp.
Bij een belasting van 100 ohm komt de uitgang tot maximaal 2,5 volt van je voeding spanning.

Je gaat hem voeden met 9 volt dus vergelijkbaar met 2x 4,5 volt.
Op je uitgang krijg je bij belasting van 100 ohm dus maximaal 2 volt van af je virtual ground.
Je belasting is zelfs 32 ohm dus er blijft vrijwel niets over.

(Dit nog even los van het schema)

[ReneK]

Part schreef op zondag 22 juli 2007 @ 11:00:
De LM6171 is geen Rail to Rail opamp.
Bij een belasting van 100 ohm komt de uitgang tot maximaal 2,5 volt van je voeding spanning.

Je gaat hem voeden met 9 volt dus vergelijkbaar met 2x 4,5 volt.

Bedoelt de TS dan geen 2 x 9V batterij in serie? Dus + en - 9V = 18V totaal?
(waar hij dan die virtual ground voor nodig heeft is niet duidelijk).

Op je uitgang krijg je bij belasting van 100 ohm dus maximaal 2 volt van af je virtual ground.
Je belasting is zelfs 32 ohm dus er blijft vrijwel niets over.

Mee eens, maar ik denk dat bij single 9V zo'n 4 tot 5Vtt haalbaar moet zijn. Met een
32 ohm hoofdtelefoon haal je dan een vermogen van 60 tot 100 mW.
50 mW over het algemeen voldoende voor een moderne hoofdtelefoon.

Maar ik ben het met je eens: een rail-to-rail opamp zou beter zijn, dan heb je ook wat
meer reserve.

[Part]

ReneK schreef op zondag 22 juli 2007 @ 11:14:
[...]

Bedoelt de TS dan geen 2 x 9V batterij in serie? Dus + en - 9V = 18V totaal?
(waar hij dan die virtual ground voor nodig heeft is niet duidelijk).

[...]

Mee eens, maar ik denk dat bij single 9V zo'n 4 tot 5Vtt haalbaar moet zijn. Met een
32 ohm hoofdtelefoon haal je dan een vermogen van 60 tot 100 mW.
50 mW over het algemeen voldoende voor een moderne hoofdtelefoon.

Maar ik ben het met je eens: een rail-to-rail opamp zou beter zijn, dan heb je ook wat
meer reserve.

Bij een enkele 9 volt voeding verliest hij 2x 2,5 volt bij 100ohm.
Laat we voor het gemak er maar vanuit gaan dat bij een belasting van 32 ohm het verlies niet veel groter is. (praktijk zal anders uitwijzen)
De Vtt is dan nog maar maximaal 4 volt. (dat is dus van -2 volt tot +2 volt vanaf de virtual ground)
Dat is een effectieve waarde van 0.707x2 volt = 1.41 volt
Bij die 32 ohm is dat 6 mW.
Maar in de praktijk zal deze schakeling niet boven de 4 mW uitkomen.

[ReneK]

Part schreef op maandag 23 juli 2007 @ 11:23:
De Vtt is dan nog maar maximaal 4 volt. (dat is dus van -2 volt tot +2 volt vanaf de virtual ground)
Dat is een effectieve waarde van 0.707x2 volt = 1.41 volt
Bij die 32 ohm is dat 6 mW.

Volgens mij zit je er een faktor 10 naast.

Ik kom bij 4 Vtt op een vermogen van 60 mW, net als in mij vorige posting:

4Vtt = 1.41 V effectief.

P = (1.41)^2 / 32 = 60 mW.

[B_FORCE]

de opa2134 (bijna zelfde als de 2132) geen high-end ?

mm kijk nog maar eens goed dan in de datasheets. De vervorming, PSRR etc is bij de opa2134 veel beter.
Het is ook niet voor niks dat dit bij professionele apparatuur wordt gebruikt (bv Hypex)
Wil je echt een goede opamp, neem dan de lm4562, die is zeker de moeite waard.
(eigenlijk de opamp met veruit de laagste vervorming)

En je hebt enkel maar 1 opamp nodig in principe
kijk eens naar http://tangentsoft.net/au...misc/cmoy-tangent-sch.pdf

en http://tangentsoft.net/audio/cmoy-tutorial/

[ Voor 6% gewijzigd door B_FORCE op 24-07-2007 03:17 ]

[SirNobax]

quote: B_FORCE

de opa2134 (bijna zelfde als de 2132) geen high-end ?

Vergeleken met een 6171 die je als main aan de gang kan krijgen wel ja, en er zijn nog vele malen high-end'ere opamps beschikbaar, met prijzen rond de 12 Euro per Single op-amp (2 voor stereo dus).
Ik bedoel echter niet dat de 2134 low-end is, want dat is hij zeker niet.


En je kan inderdaad een ongebufferde versterker maken, maar dat ben ik helemaal niet an plan. (en ik geloof dat ik dat ook had duidelijk gemaakt)

quote: SirNobax

Het ding is juist dat ik ook een gewone CMoy ga maken, die ook een iets simpelere virtual ground heeft (TLE2426).
Dus ik kan een beetje swappen en daaruit een conclusie trekken.

De simpele word dan ook gebruikt voor onderweg (bus, trein, etc) en de gebufferde zal een plekje bij mijn pc krijgen.

[ Voor 4% gewijzigd door SirNobax op 25-07-2007 00:26 ]

[B_FORCE]

de opa2134 kan je gratis samples bestellen. (ik heb er hier daardoor heel wat liggen)
Buffertje is zo gemaakt, met een opampjes.

[SirNobax]

B_FORCE schreef op woensdag 25 juli 2007 @ 02:16:
de opa2134 kan je gratis samples bestellen. (ik heb er hier daardoor heel wat liggen)

Waar, wanneer, hoe ?

[B_FORCE]

gewoon je aanmelden bij texas instruments en dan samplen maar