Hybridný predzosilňovač

made by Wili
Hybridný predzosilňovač
Wili Pridal  Wili
  727 zobrazení
3
 0
Audio zapojenia

Po skúsenostiach zo  stavbou prvej "modernej" verzie hybridného predzosilňovača som už dlhšie plánoval postaviť viac sofistikovaný a lepší preamp, ale nejako som sa k tomu nevedel dokopať. Po postavení MC452 ma to namotivovalo a povedal som si že k nemu treba aj adekvátne dopasovaný predzosilňovač. Tentoraz ale pravý hifi vintage, s korekciami, mnohými vstupmi a prepínaním všetkého možného. Celá stavba mi šla celkom rýchlo, pretože veľa vecí som sa naučil z predošlej verzie. Začal som zosumarizovaním čo od predzosilňovača vlastne chcem a postupne kreslil a dizajnoval predný a zadný panel. Keď som mal predstavu čo bude zhruba obsahovať a robiť, začal som kresliť schémy a plošné spoje, ktoré som kreslil asi 2 mesiace. Chcel som preamp, ktorý bude celý na jednej veľkej DPS a vznikla zatiaľ moja najväčšia DPSka akú som kedy nakreslil 40x26cm! Veľa som sa inšpiroval od iných výrobcov, skúmal fotky vnútier iných podobných prístrojov a skúmal mechanické usporiadanie komponentov. Musím hned na úvod povedať, že to bolo hrozne náročné umiestniť skoro všetko na jednu dosku.

Funkcie

  • 6 vstupov, z toho 1 bluetooth, 1 phono a 4 vrátane symetriky
  • preamp so ziskom 16dB a diaľkovo regulovaná hlasitosť
  • vypínateľné korekcie s rozsahom +-12dB
  • mono/stereo (v prípade mono signálu je možné rozšírenie zvuku do oboch kanálov)
  • indikácia vybudenia
  • 3 výstupy sym aj nesym., z toho 2 vypínateľné na prednom paneli
  • sluchátkový zosilňovač

Popis zapojenia a schémy zapojenia

Zdroj tvorí 100W audio toroid s tieneným primárom ukostrenou bandážou a celý je zaliaty v kovovej krabičke pre absolútne odtienenie. AC napätia trafa v záťaži sú: 2x22V, 9V a 250V. 9V vetva je usmernená na 12V a toto napätie je stále prítomné v standby, a použité pre veľké relátka, ktoré pripájajú ostatné vinutia pri zapnutí. Ďalej je z 12V stabilizovaná 5V vetva cez 7805 pre napájanie maličkých signálových relé a mikroprocesora. 2x22V vetva je usmernená a stabilizovaná s LM317/337 na dve symetrické napájacie vetvy: 2x25,2V pre žhavenie elektróniek (2+2 v sérii) a 2x15V pre napájanie operačných zosilňovačov. Každý použitý OZ v zapojení je pre lepšiu filtráciu aj vzájomné oddelenie medzi sebou, oddelený od "hlavnej" +-15V vetvy RC členmi 2x10R + 1x47uF medzi krajmi symetrie, a 2x100n SMD keramikou medzi symetriou a zemou priamo pri pinoch každého OZ. 250V vetva má po usmernení okolo 380V. Pred hlavný elyt som dal ešte sériový odpor pre obmedzenie prúdovej záťaže na vinutie a tiež to čiastoťne redukuje zvlnenie. Z toho je stabilizovaných 270V pre napájanie elektróniek. Ako stabilizátor som použil kvôli vyššej bezpečnosti celoplastový mosfet STP10NK60ZFP a SMD LM317 cez ktoré je nastavený úbytok 12V. Takto stabilizované napätie je privedené k elektrónkam kde je ešte dodatočná lokálna filtrácia 10uF kondenzátorom a znížená 200V vetva zenerkou pre prvé zosilňovacie stupne.

Schéma zapojenia zdrojovej časti.

Audio reťazec, začína na vstupe kde je signál odelený jednoduchým CRRC členom, a je možné použiť aj symetrické aj nesymetrické vstupy. Vstup sa volí jednoducho otočným prepínačom a pripojením odpovedajúcimi relé. Relátok je riadne veľa a preto som použil cenovo výhodné fujitsu so zlatými kontaktmi kt. sú spínané cez mosfetové tranzistorové polia TBD62003. Menenie vstupov je len manuálne a nie je ovládateľné na diaľku. Navolený vstupný signál sa privádza na prvý OZ buffer LM4562, ktorý má za úlohu signálu len dodať prúd a v prípade symetrického signálu tento zlúčiť. Keďže som použil jeden OZ dokopy aj pre sym aj nesym vstupy, je CMRR len okolo 50-60dB, ale zhodnotil som že to je pre hifi účely viac než dostačujúce a nemá význam komplikovať to. Audiosignál ďalej pokračuje do analógovej regulácie hlasitosti. Použil som 10k motorizovaný ALPS, ktorým je možné regulovať hlasitosť aj na diaľku. Regulovaný signál ďalej putuje do elektrónkového "napäťového" zosiňovača, kde je zosilnený o 15dB. To by malo byť dosť na to, aby aj z 0,5V signálu spravil 2,8V pre veľké koncové zosilňovače.

Schéma vstupnej časti.

V tejto časti sú aj pasívno-aktívne korekcie. Ak je potrebný útlm, je realizovaný pasívnou kapacitnou alebo gyrátorovou záťažou na mriežke, ak je potrebný zisk tak sa zavádza do katódy elektrónky a ovplyvní zisk v danom pásme. Korekcie fungujú perfektne, len majú nevýhodu v tom že vyžadujú logaritmicko-expotencionálny potenciometer ktorý je nezohnateľný. Na to som použil 22 krokový SMD alps, ktorý som kompletne rozobral, upravil priebeh zmenou SMD odporov aby odpovedal priebehu, ktorý som potreboval a vysekol jeden zo zúbkov uprostred. Tým som získal 21 krokov - 10 do každej strany + 1 stredová poloha, so širšou pozíciou uprostred presne pre nulovú polohu korekcií. Priebeh som dopasoval podľa simulácie tak aby každá poloha odpovedala zhruba 1,2-1,5dB pridaniu/útlmu a vyzerá takto:

Korekcie sú v prípade potreby ľahko vypínateľné relátkami, kedy sa len odpojí bežec potenciometrov. Pre zosilnenie je tu použitá Tung-Sol 12AX7 / ECC83 a na výstupe každého kanálu je pre nižší šum a vyššiu strmosť paralelne zapojený katodový sledovač s NOS RFT ECC81. Celá táto časť je z mekintošovského preampu C2200 a už dlhé roky som tieto korekcie chcel vyskúšať, pretože majú extrémne nízke skreslenie a veľmi charakteristické unikátne zapojenie. Zosilnený a upravený linkový signál zo sledovačov ďalej pokračuje do bufferu LM4562, ktorý tu dodá signálu potrebný prúd a je rozťahaný k výstupom, logaritmickému zosilňovaču pre VU metre a ku sluchátkovému zosilňovaču.

U výstupov sa cez relé s funkciou mute jednoduchým prepínaním relátkami volí do ktorého výstupu má ísť signál a v prípade potreby symetrických výstupov je ďalej invertovaný cez LM4562 aby vznikla symetrika.

Schéma výstupnej časti.

Sluchátkový zosilňovač som pôvodne plánoval diskrétny diamond buffer, ale nevošiel sa mi na dosku, zbytočne by veľa topil a bál som sa fr. nestability, preto som použil omnoho jednoduchšie riešenie s TPA6120. Sluchátkový výstup je tu len doplnková feature navyše, preto som tu nechcel zbytočne vymýšľať niečo, čo by ani nebolo využité... pre napájanie každého kanálu samostatne sú z +-15V symetriky ešte RC filtre 10R+470uF low-esr + keramiky medzi zemou aj medzi symetriou pre čo najdokonalejšiu filtráciu priamo pri TPAčku. Pre pokoj na duši som na výstup TPA dal ešte jednoduchú DC ochranu s relátkom, ktoré zároveň vypína výstup slúchadiel v prípade potreby mute. Na TPA som bol veľmi zvedavý, pretože som tento obvod ešte nikdy nepočul. Hrá fakt super! - vzhľadom k cene. Za tých pár eur čo ten obvod stojí sa asi lepší sluchátkač nedá postaviť. Má neskutočne dobrý spodok s obrovskou dynamikou presiahujúcou možnosti mojich slúchadiel (Beyerdynamic DT990 PRO 250R) a obrovský výkon. Na stredoch a výškach znie ale až príliš akoby dokonale a "umelo", zvuk stredov a výšok toho švábu má akoby plastový zvuk a na elektrónkové OTLko s E88CC to proste v tejto oblasti nemá. Chýba tomu jasnosť a šmrnc vo vyššom pásme... so zvukom TPA som ale veľmi spokojný a spĺňa to, čo som od neho chcel: malý, lacný, jednoduchý, so super zvukom!

Logaritmický zosilňovač som použil rovnaký mekintošovský ako som použil v MC452. Je tu ale rozdiel v tom, že je tu pevne nastavené zosilnenie, trochu kratší čas dobehu a výchylka VUmetrov sa nastavuje na výstupnom odporovom deliči pre jednoduchosť kalibrácie. Je tu tiež jeden OZ navyše z dôvodu potreby bufferu signálu aby zbytočne nezaťažoval hlavný výstup, lebo log zosilňovač ma veľké zosilnenie a nízkoimpedančný vstup 1k. Použil som tu všade obyč. TL072. Na prednom paneli je potom možné otočným prepínačom voliť ešte funkciu hold/peak alebo meráčiky úplne vypnúť.

Schéma časti sluchátkového zosilňovača + VU metrov.

Jeden zo vstupov je aj RIAA phono vstup. S týmto som sa ešte babral asi 2 dni, lebo katastrofálne kmital a bol hrozne nestabilný. Skúšal som všetky možné aj nemožné komenzácie ake poznám, ale nič nepomáhalo. Neviem prečo, keďže je tam dokonca aj RIAA korekcia, ktorá by mala pritom tlmiť VF pásmo... zrejme sa v spätej väzbe natoľko pokrútila fáza, že to začalo byť nestabilným na VF. Nakoniec pomohla až lokálna kompenzácia. Problém zrejme vznikol kvôli slabo kompenzovanému katodovému sledovaču na výstupe. Pretože je paralelne zapojený, tak má dosť vysokú strmosť a v kombinácii s VF schopnosťami ECC81 chcela veľmi ochotne kmitat a byť nestabilná. Dokonca bol RIAA nestabilný aj ked som úplne odpojil spätnú väzbu celú preč a bol z toho stále rovnaký oscilátor. Myslím že by výrazne pomohli tieniace krytky na elektrónkach, ale tie som z estetických dôvodov nepoužil čo sa mi aj vypomstilo :( Nakoniec som to vyriesil 22p kondenzátorom priamo z katódy sledovača do anódy vstupu, trochu netradičné ale zato zrejme jediné a veľmi efektívne riešenie problému... nakoniec sa ale podarilo a všetko funguje. Tejto časti sa ale ešte asi budem ďalej venovať a hľadať či mi niečo neuniklo pretože funguje a hra dobre, ale ma strašne veľké zosilnenie, väčšie ako by mal mať... Prekvapivo veľmi podobne je zapojený aj linkový korekčný predzosilňovač, ale tento nekmital a nebol nestabilný, možno lebo má lepšie a jednoduchšie kompenzovanú spätnú väzbu. RIAA má na vstupe ešte dip-switch pre nastavenie kapacitnej záťaže pre prenosku. Zaujímavosťou tohto RIAA je, že za normálnych okolnosťí je vypnutý a zapne sa len ak je navolený phono vstup. Zap/vyp je realizované pripájaním žhavenia elektróniek cez 24V výkonové relé kt. je napájané z rovnakej vetvy ako žhavenie.

Schéma RIAA

V predzosilňovači je ešte bluetooth vstup, na to som použil LQSC modul z číny s externou wifi anténkou, ktorý je prichytený zo spodu DPS cez odpájacie piny. Pri zapnutí jeho vstupu sa zároveň cez pnp tranzistor zapne napájanie tohto modulu. Ma skvelý dosah aj zvukovú kvalitu (na bluetooth pomery) a je veľmi jednoduchý. Tiež som sa s nim ale musel vyhrať kým fungoval s minimom rušenia. Musel som pridať extra CRC filtráciu priamo na jeho DPSku aj smd keramiky. To pomohlo proti akémukoľvek nf brumu, ale aj tak stále bolo v signále počuť VF rušenie. Neviem či to rušenie prechádzalo cez anétnu alebo slabo filtrovaným výstupom alebo ako, pretože ani VF filter na výstupe nepomáhal. Pri laborovaní som zistil, že na to veľmi pomáha odtienenie DPSky, tak som celú zo spodu polepil samolepkovým papierom ako izolácia a na to hliníkovú lepiacu pásku, ktorú som uzemnil. To dokonale odtienilo akékoľvek rušenie.

Funkcia procesoru

Procesor beží stále v standby. Po zapnutí tlačítkom alebo trvalým privedením externého napätia do remote vstupu, sa zapne výkonové relé a pripoja ostatné vinutia transformátoru. Procesor čaká kým sa nahrejú elektrónky a výstupy sú v mute, čo je signalizované blikaním na prednom paneli. Zisťovanie nahriatia elektróniek je sledované cez bázu tranzistoru pripojenú cez odpor do katódy jednej z elektróniek a takto sa cez pull-up odpor vytvára log1/0 pre MCU. Po indentifikácii úspešného nahriatia, procesor ešte počká 5 sekúnd a potom zapne relé čím zruší mute. Ak by náhodou boli elektrónky chybné, málo nahriate, alebo neboli vôbec osadené alebo sa počas prevádzky pokazili, predzosilňovač sa prepne do stavu mute, až kým chyba nezmizne alebo ho niekto nevypne. Procesor ešte obsahuje funkciu automatického vypnutia pri dlhodobej nečinnosti. Na vyhodnotenie nečinnosti je využitá detekcia audio signálu, ktorá funguje tak, že z oboch kanálov prvého OZ je zlúčený signál a spracovaný logaritmickým zosilňovačom TL072 s citlivosťou pár desiatok mV, ktorý potom budí tranzistor s pull-up odporom. Ten vytvára pre procesor log1/0 a svojimi impulzmi stále resetuje časovač pre vypnutie, ktorý je 30 minút. Ak je použité externé remote cez jack pre zapnutie preampu, vtedy je auto-off vyradené z funkcie. Okrem remote in, má preamp aj 3 remote-out výstupy, samostané pre každý z troch výstupov, 2 z nich ovládateľné na prednom paneli.

Najhlavnejšou funkciou MCU je diaľková regulácia hlasitosti, kde cez príjem IR signálu z apple remote je ovládaný H-most pre alps motor. Na diaľku je možné ovládať aj funkcie mute a on/off. Aj keď som chcel celý preamp analógový a retro, chcel som aby aspoň hlasitosť bola regulovateľná na diaľku. IR senzor je prilepený obojstrannou páskou uprostred medzi VU metrami, čím ma skvelú viditeľnosť a keďže je čierny, vôbec ho nie je vidieť. Chcel som aby príjem signálu z DO bol indikovaný rýchlym blikaním ale asi to zruším lebo to nevyzerá tak pekne ako som čakal :)

Za pomoc s programovaním procesoru veľmi pekne ďakujem Kadovi.

Doska plošných spojov

Myslím, že najťažsím na celej stavbe bol pre mňa dizajn DPS a ťahanie zemí na nej. Tiež bolo veľmi zložité správne poprepájanie všetkých prepínaní a vývodov, vstupov a funkcií ktorých je tu hrozne veľa a tiež dodržanie ľavej/pravej strany audio kanálov. Je tu zopár nezmyslov, a veľa vecí by sa dalo urobiť lepšie, premyslenejšie a inak, ale celý tento projekt bol tak komplexný a náročný na sústredenie, že som rád že som ho vôbec dotiahol do funkčného konca. Nakoniec dodám ešte zopár fun factov: na všetkých doskách dokopy je zhruba 3500 cestičiek, 2000 padov a 700 súčiastok. Je tu dokopy až 29 relátok a až 100 fóliových kondenzátorov.

Plošná spoj celej konštrukcie predzosilňovača.

Mechanická konštrukcia

Snažil som sa vymyslieť krabicu akú som pred tým ešte nerobil. Pretože som použil veľkú DPS, chcel som aby bol servisný prístup k doske z oboch strán, bez nutnosti demontáže DPS. Preto krabicu tvorí nosná časť v tvare písmena H - po bokoch sú časti ohnuté do profilov tvaru C, a na spojnici medzi nimi je uchytený odpružený transformátor na mäkkých gumených silentblokoch. Ku koncom C profilov sú prišrubované cez konzoly rámčeky, ktoré držia predný a zadný panel. Trochu som sa obával tuhosti takejto nosnej konštrukcie ale vďaka profilovaniu je až neuveriteľne pevná na tuhá. Hlavná DPS je potom upevnená cez stĺpiky na C profiloch a vďaka tomu je k DPS veľmi dobrý prístup z oboch strán. Na celú nosnú konštrukciu je potom už len nasadený zvrchu kryt v tvare U a rovný plech na dno, obidva s vetracími otvormi na potrebných miestach. Na spodnom kryte sú upevnené celkom vysoké gumené nožičky aby bol predzosilňovač dobre chladený. Predný panel je z quickpanelu a všetky ostatné plechy sú rezané laserom, ohýbané na CNC a lakované práškovou farbou. Popisky na zadnom paneli sú tlačené na UV tlačiarni.

Celé zariadenie je v 2. bezpečnostnej triede s výnimočne použitou kostrou - je použitý 3-kolík, kde som kostru pripojil na tieniacu bandáž primáru trafa ale krabica nie je ukostrená, len uzemnená pri vstupných konektoroch o centrálny zemniaci bod. Aj keď je trafo trvale napojené zo siete, umiestnil som na predný panel sieťový vypináč, kde je možné preamp úplne vypnúť od siete. Na mieste sieťového vypínača som chcel dať pôvodne balance. Asi 2 mesiace som váhal či ho tam dávať alebo nie, ale nakoniec som sa rozhodol že ho nepoužijem. Aj keď správny preamp by mal obsahovať balance, ja som zatiaľ nikdy v živote na žiadnom zariadení balance nemal potrebu nastaviť, preto mi tam dizajnovo niečo chýbalo, tak mi napadlo že tam dám sieťový vypínač, ktorý využijem určite častejšie...

Gombíky hlasitosti a voliča vstupov tak ako aj VU metre sú podsvietené studenými bielymi LED, ale z fotiek sa javia ako modré, len sa mi to nepodarilo odfotit lebo cez mobil sa to javí inak ako v skutočnosti.

Realizácia

Detail rozloženej skrinky predzosilňovača.

Zadný štít s výstupmi a napájaním.

Predosadené vstupné konektory.

Detail vstupných konektorov.

PCB vstupnej časti.

Doska vstupov, hlavná doska a transformátor.

Bluetooth modul.

VU metre.

Detail predného panela pred osadením ovládacích prvkov.

Doska podsvietenia ovládania hlasitosti / prepínania vstupov.

Osadená PCB podsvietenia ovládacieho prvku pre ovládanie hlasitosti.

Osadené bloky a kabeláž.

Osadené elektrónky.

Príprava na dokončenie.

Zadná strana predzosilňovača.

Zadná strana predzosilňovača.

Hotový zostavený predzosilňovač.

Rozmery preampu sú: 43x37x17cm
Hmotnosť: ~10kg
Spotreba v standby: 0,9W
Spotreba pri prevádzke 35W a s aktívnym phono 52W
THD je okolo 0,001%

Autor konštrukcie : Wili



Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo
PCBWay Promo
PCBWay Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Webwiki Button