[2h Projects] Wzmaciacz słuchawkowy na układzie JRC4556.

Witam.

Wzmacniacz został przetestowany – działa bez zarzutu.
Osobiście prototypy wolę jednak robić metodą „hybrydową” – będę wytrawiał płytki tak, aby sobie zrobić jednolitą wylewkę masy, natomiast linie zasilania i resztę połączeń wolę robić ręcznie, kablami. Nie mam zaufania do laminatu – ciągle zrywa mi połączenie wejścia masy od zasilania, dobrze że JRC4556 działa również bez problemów bez odniesienia do „masy”.
Problem ten nigdy nie występował przy płytkach z fabryki, swoją drogą padła mi laminarka więc romans z trawieniem swoich płytek mogę powoli zakończyć, jakieś doświadczenie z tego wyniosłem:)

Poniżej zamieszczam link do pliku pdf z dolną warstwą płytki oraz zdjęcia zmontowanego układu. Dodatkowo dorzucam plik w Eagle, nie wiem czy nie będzie problemów z bibliotekami (przerabiałem rozmiary padów przy elementach) ale każdy może sobie przerobić pod siebie. Wystarczy dodać dwa rezystory na zasilaniu i mamy klasycznego CMOYa, można też używać oddzielnego zasilania i traktować wzmacniacz jako stacjonarny.

Nie będę edytował starszych wpisów, zostawiam je dla ciekawych.

Pozdrawiam.

Projekt w Eagle
Plik do termotransferu

---

Archiwalne

Witam wszystkich bardzo serdecznie.

W tym temacie przedstawię Wam wzmacniacz słuchawkowy oparty na bardzo niedocenianej w kręgach audiofili kości – JRC4556. Czemu niedocenianej? Przecież coś, co kosztuje 1zł nie może dobrze grać, prawda?;)

Układ ten znam bardzo dobrze, swego czasu kupiłem 10 sztuk tego Japończyka i testowałem dosyć intensywnie. Mam pod ręką wzmacniacz zrobiony na dwóch takich kościach, zasilany z dwóch równolegle połączonych akumulatorów żelowych, gra to świetnie, Fioo E09k z wymienionym op-ampem na LME49990 może się schować.

Dlaczego użyłem dwóch kości? W tym konkretnym przypadku zrobiłem to aby ograniczyć tzw. cross-talk między kanałami. Najprościej można wytłumaczyć to tak – stwórzcie sobie w darmowym programie Audacity plik dźwiękowy z wygenerowanym sygnałem o częstotliwości 1kHz ale tylko w jednym kanale. Następnie fizycznie odłączcie ten kanał od wyjścia słuchawkowego. Następnie odtwórzcie ten utwór np. w Foobarze z rozkręconym na maksymalną głośność wzmacniaczem. „Grający kanał” jest odłączony, ale na maksymalnej głośności można usłyszeć ten wygenerowany sygnał w drugiej słuchawce, ponieważ występuje zjawisko przenikania się kanałów. Można je zmniejszyć poprzez obsługę każdego z nich przez oddzielny układ.

Chciałem dziś sprawdzić, na ile skuteczne jest takie rozdzielanie pracy, pakujemy się w koszty (drugi układ, dodatkowe kondensatory do zasilania, większa płytka, konieczność dłuższego projektowania PCB aby uzyskać maksymalną symetrię itp.) ale czy jest to konieczne przy układach z przenikaniem kanałów na poziomie -100 dB lub więcej (pomijam kwestie związane z korzyściami wynikającymi z mniejszego grzania się układów)?

Jako, iż wzmacniacz na dwóch JRC mam pod ręką, chciałem zbudować podobny układ ale na jednej kości i go porównać.

Tutaj zaczynają się pewne schody – łatwiej jest zaprojektować wzmacniacz oparty na dwóch układach, ponieważ wtedy wystarczy jeden z kanałów wyłączyć, ułatwia to prowadzenie zasilana. (Moja) Złota zasada projektowania wzmacniaczy to trzymanie ścieżek sygnałowych jak najdalej od zasilania. W tym projekcie musiałem pójść na kompromis, pojechać po bandzie – pociągnąłem zasilanie dodatnie pod samym op-ampem.

Kolejną ważną sprawą jest kwestia tzw. pojemności pasożytniczej (nie będę tu wszystkiego tłumaczył, polecam poszukać „sloa013a.pdf”) – przy szybkich układach należy usunąć wylewkę masy spod pinów wejściowych op-ampa, najlepiej usunąć ją w całości pod układem. Polecane jest także usunięcie wylewki pod rezystorami wejściowymi i rezystorami do „gaina”, nie każdy uważa to za konieczne, ja osobiście tak robię.

W przypadku JRC4556 nie jest konieczne usuwanie wylewki masy – testowałem. Przy tym projekcie chciałem to zrobić, ale ostatecznie została na środku w celu ekranowania zasilania.

Następna sprawa, także dotycząca pojemności pasożytniczej (zbyt duża odległość rezystorów od op-ampa może powodować ucięcie pasma przenoszenia i/lub niestabilność układu) – używając jednego rezystora od „inverting input” do wyjścia op-ampa powoduje, że do któregoś z tych dwóch pinów prowadzi dłuższa ścieżka (generalnie lepiej zachować krótszą odległość przy wejściu niż wyjściu), wpadłem na głupi pomysł aby z jednego rezystora zrobić dwa połączone szeregowo, dzięki temu każdy pin op-ampa jest blisko rezystorów. Pierwszy raz to testuje, najlepiej stosować elementy SMD i po problemie.

Co tam dalej – wzmacniacz miał być na płytce jednostronnej, którą sam wykonam termotransferem. Musiałem wyedytować każdy z elementów żeby zwiększyć średnicę wiertła do min. 1.2mm (posiadam 1mm wiertło, wolę mieć zapas przy wierceniu). Nie mam wprawy w robieniu własnych pcb ale trening czyni mistrza, postaram się w przyszłym tygodniu aby płytka została zrobiona i ją poskładam, do tego czasu radzę jej nie wykonywać, nie jestem przekonany czy zasilanie poprowadzone środkiem nie wpłynie negatywnie na dźwięk.

Do zaprojektowania PCB użyłem darmowego narzędzia – Eagle 7.1 (jeżeli wykonujemy projekt w niekomercyjnych celach, możemy korzystać z Eagle z drobnymi ograniczeniami), wcześniej korzystałem z Eagle 6.1 z licencją, mimo ograniczeń w wielkości płytki wolę nowszą wersję.

Jak łatwo można zauważyć, silną stroną projektu jest cena – tani układ, do tego występują tylko 2 wartości rezystorów, które są łatwo dostępne na allegro (szczególnie dobre ma użytkownik HFO – vishay ptf 0.1%). Wykonanie takiej płytki w specjalistycznej firmie to koszt 30-50 zł, nie jest to drogo ale projekt powstał po to, aby każdy mógł go sobie zrobić w 100% w domu. Nie celuje to także w high-end, Panowie – jest to projekt wykonany w 2h dla zabawy i w celach badawczych, aby trochę rozruszać dział DIY w Muzostajni:)

Co do samej płytki – wylewkę masy zaprojektowałem w taki sposób, aby wszystkie kondensatory były połączone do masy na środku płytki a rezystory od danych kanałów po bokach. Dzięki temu w pewnym stopniu (wg mnie) poprawiłem rozkład prądów powrotnych, „masa sygnałowa” nie łączy się aż tak z „masą zasilania” – wiem, spłonę na stosie, ale ja to tak widzę 😉

Poniżej wklejam schemat oraz projekt PCB, dodatkowo link do pliku pdf z odwróceniem lustrzanym płytki oraz spakowany projekt do edycji w programie Eagle – każdy sobie może przerobić na własne potrzeby.

(wersja 0.1 schematu i pcb, zostawiam dla celów porównawczych, nowsza wersja pod changelogiem)

 

Osobiście będę to coś zasilał z dwóch akumulatorów żelowych, dlatego nie ma żadnych stabilizatorów – polecam po prostu dać dzielnik na rezystorach jak w CMOYu.

Oczywiście mogą być jakieś drobne błędy na płytce, zawsze warto sprawdzić wszystko 10 razy, więc krytyka mile widziana:)

Od razu przewiduję przyszłość – Mikołaj, ja wiem że kijowo i lipny układ, że 1 stronna pcb itp., wiem:) chodzi tutaj o zbadanie przenikania się kanałów, do tego chciałem coś zrobić z nudów, więc powstała ta abominacja.

 

EDIT: 18-08-2014 r.  – tymczasowo usunąłem linki do plików, płytka wymaga kilku poprawek.

 

#CHANGELOG

V.0.2a

18-08-2014 r.

1. Zmiana rastra kondensatorów ceramicznych 0.1 uF z 2.5mm do 5mm spowodowana utrudnieniem w prowadzeniu V+, ścieżka biegła zbyt blisko nóżki elementu, należało zwiększyć tą odległość.

2. Usunięcie podwójnych konektorów (sygnał i masa), zostawiłem tylko masę, wejścia i wyjścia będą łączone bezpośrednio do odpowiednich rezystorów. Dzięki temu uniknie się niepotrzebnych ścieżek, sygnał poleci po mniejszej linii oporu.
   Dodatkowo zwolniło się trochę miejsca na płytce, szczególnie przydatna sprawa przy wyjściach z op-ampa.

3. Przesunięcie rezystorów R3 oraz R8 nad pozostałe rezystory. Ścieżki sygnałowe do rezystorów w sekcji wzmocnienia zachowały identyczne długości. Zmianę tą wprowadziłem aby rezystor odpowiadający za wzmocnienie sygnału nie przecinał się z rezystorem, po którym idzie sygnał wejściowy, mogłoby to negatywnie wpływać na parametry wzmacniacza (tak mi się wydaje, wolę nie ryzykować i zrobić to tak, jak podpowiada mi zdrowy rozsądek).

4. Zmiana wartości parametru „isolate” na wylewce masy z 12mil do 24mil w celu ułatwienia wykonania płytki termotransferem – wcześniej odstępy między ścieżkami były zbyt małe, toner mógłby się przelać.

---

19-08-2014 r.

1. Zmniejszenie wartości parametru „isolate” na wylewce masy z 24mil do 16mil – 24mil poprzerywało mi ciągłość masy w kluczowych miejscach.

2. Umieszczenie kondensatora elektrolitycznego między + a – zasilania w celu zmniejszenia zniekształceń harmonicznych drugiego stopnia (nie wiem czy   dobrze przetłumaczyłem, w oryginale „2nd-Order Distortion”) o 6-10 dB (podobno). Może to być tantal. Osobiście użyję tych samych tantali 10 uF 35V ROE, które używam przy odsprzęganiu zasilania. Należy tylko pamiętać aby nie przekroczyć niebezpiecznej granicy – dla kondensatorów tantalowych (nie polimerowych) bezpiecznie jest nie przekraczać 50% maksymalnego napięcia (ja spokojnie podaje na nie około 26V przy 35V max i działają bez problemów).

3. Zmiany dotyczące prowadzenia ścieżek zasilania oraz rozłożenia kondensatorów.

4. Usunięcie oznaczeń tekstowych w celu zwiększenia powierzchni wylewki masy.

5. Dodanie 4 otworów montażowych w rogach płytki.

6. Dodanie 8 otworów (via) na przelotki w celu połączenia bardziej odizolowanych fragmentów wylewki masy.

#CHANGELOG

V.0.3

21-08-2014 r.

Nauczony doświadczeniem przemodelowałem płytkę. Zwielokrotniłem grubość ścieżek zasilania oraz odległość wylewki masy od elementów. Dodałem zwiększone pady pod zaciski na kable – standardowe są za małe (dziś po wsadzeniu zacisków w płytkę jeden pad odleciał całkowicie). Zwiększyłem fizyczne rozmiary rezystorów z 0207/10 do 414/15 żeby bez problemu wchodziły większe rezy.  Usunąłem miejsca na przelotki.

Ogólnie rezystancja ścieżek zasilania spadła kilkukrotnie – bardzo dobrze. Nie podoba mi się rozpływ prądów powrotnych, masę sygnałową będę brał z pobliża kondensatorów, co poradzić, sztuka kompromisów. Przewiduję oczywiście kolejne komplikacje, ale po to to robię żeby ostatecznie wyszło jak należy termotransferem:)

JRC4556tbshV0.3