Egy fejhallgatóerõsítõ integrált áramkörrel

A következõ kapcsolási rajz egy másik fejhallgató-erõsítõt mutat be, az alapja a TPA6120A2 IC, melyet a Texas Instruments cég fejlesztette ki xDSL vonalmeghajtóként való alkalmazás céljából, és nagyon jó paraméterekkel (sõt, szerintem jobbakkal, mint az elõzõ) rendelkezik. A kapcsolás ugyan az, mint amit a alkalmazási tesztpanel-leírásában közölt a TI (vagyis az IC alapkapcsolása) neminvertáló bemenettel 2V/V erõsítéssel. Érdemes megtekinteni ezen integrált áramkör pár mûszaki paraméterét: dinamikatartomány 120dB, jel/zajviszony 120 dB, jelemelkedési sebesség 1300V/us, kimeneti zajfeszültség 2V/V erõsítésnél max 5uV (ez az egyedüli gyenge paramétere), kimenõ-teljesítménye 80mW 600 ohmos terhelésen +-12V tápfeszültségnél, ahol a teljes harmonikus torzítás csak 0.00014%, majdnem független a szomszédos erõsítõ jelétõl (120dB). Eredetileg ez az IC család xDSL áramkörökhöz lett tervezve, melyek több csatornán (255 az ADSL esetében) nagyfrekvenciás hordozóval továbbítják az adatokat. Ezek a hordozófrekvenciák nagyon közel helyezkednek el egymáshoz, ezért a keresztmodulációs(intermodulációs) torzítások csökkentése érdekében nagyon fontos, hogy az erõsítõ minimális torzítással rendelkezzen. Az analóg telefonvonal végén a jel már erõsen csillapított, tehát az alacsony zaj is egy alapkövetelmény. Audio szempontból az elõbb felsorolt paraméterek nagyon bíztatóak - mint az alacsony zaj meg torzítás, mely minden hifi rendszer alapkövetelménye, de itt ennél sokkal több dolog van, amire érdemes odafigyelni. A hagyományos feszültség visszacsatolt erõsítõkkel szemben, ez az áramkör áram-visszacsatolású, és ennek köszönhetõen különösen nagy sávszélességgel rendelkezik - aminek az elõnye, hogy a legmagasabb audió frekvenciákon is a jel torzulása elhanyagolható (egészen 10MHz-ig). De bátran kijelenthetjük, hogy ennek az áramkörnek a torzítása még 100MHz-en is sokkal kisebb, mint a híres uA741-é 100kHz-en.

Egy pár szó a kapcsolásról: az R19,R20 (10 ohm) a kimenetek védelmét szolgálják, mert a minimális terhelõ-impedancia 8 ohm, és egyben a kapacitív terheléstõl is védik az áramkört. Az erõsítõ tápfeszültsége 2x11.5V, a szûrés csak passzív elemeket tartalmaz, növelve a táp dinamikus válaszát (48 kondenzátort tartalmaz, összesen több mint 30mF értékben az egész erõsítõben).Az áram-visszacsatolás elõnye az alacsony zaj, nagy nyílt hurkú erõsítés széles frekvenciatartományban, de mindezek azt is eredményezik, hogy nagyon oda kell figyelni a nyomtatott-áramkör tervezésére. Elsõ ránézésre úgy tûnik, mintha két, táplálás szempontjából is független mûveleti erõsítõvel van dolgunk, de sajnos pont a táplálás nem teljesen független! A nyák tervezésekor a gyártó szerint a következõ szabályokat ajánlatos betartani:

- ha mindkét erõsítõt használjuk, a tápfeszültségek értéke meg kell egyezzen - ellenkezõ esetben az áramkör nem mûködik megfelelõen/kiakad (ezen okból a tesztpanelen az erõsítõk azonos polaritású tápvezetékei össze van kötve),

- ha csak az egyik erõsítõt alkalmazzuk a tokból, az a baloldali kell legyen,

A tápfeszültség hidegítése nagyon fontos, ezért a C11,12,13,14 kondenzátorokat a lehetõ legközelebb kell elhelyezni az IC tápfeszültség-lábaihoz, (hidegítésre én 4db of 0.47uF/16V-os 0603 méretû TDK MLCC-t használtam).

Egyéb tervezési követelmények:

- a visszacsatoláshoz alkalmazott ellenállás értékét a gyártó által javasolt, az IC dokumentációjában megtalálható, diagrammot kell használni. Én az 1kohmot választottan, mert ezzel még optimális a zajszint és a sávszélesség - de nagyon jó minõségû ellenállás kell legyen (pl Dale/Vishay)!

- a nagy jelemelkedési és az áram-visszacsatolási üzemmódnak köszönhetõen, a visszacsatolásban és a kimeneten kerülendõ bármiféle kondenzátor alkalmazása, mert oszcillációt eredményez.

- az oszcillációk elkerülése érdekében a bemenet mindig rá kell legyen kötve egy alacsony-impedanciás jelforrásra. Ezt egy buffer fokozattal oldottam meg, az AD8065-el.

- egy legkevesebb 50 ohmos ellenállást ajánlatos a bemenetel sorba kötni, hogy elkerüljük a jelforrás kapacitív "terhelését". Én két 110 ohmost alkalmaztam párhuzamosan összekötve, mert ez volt akkor itthon.

 

Az áramkör kétszeres erõsítése az R15,R17 és R16,R18 ellenállásokkal lett beállítva. A két erõsítõ külön-külön, kondi-blokkokon keresztül van táplálva (2x4 db kondi/erõsítõ, alacsony ESR értéku 1000uF/25V-os Sam Yong NXH típusú kondenzátorokkal, összesen 16 darabbal), ezzel is függetlenítve a táplálását, növelve a dinamikát, meg csökkentve a csatornák közötti áthallást A jó nyákterv kulcsfontosságú, és ebben segít az adatlapon leírt útmutató. Az egyik ilyen ajánlás, hogy mindhárom ellenállás (a bemeneti, a visszacsatolási és a kimeneti) kivezetései a lehetõ legközelebb kell legyenek az IC lábaihoz (természetesen a fóliacsík hosszúsága is számít). A nyomtatott áramkör az ExpressPCB (freeware) programmal lett tervezve, melynek elonye, hogy méretarányosan lehet kinyomtatni a tervet. A nyákterv:

A végleges nyák (kétoldalas, az alkatrészoldal a föld) házilag lett megvalósítva vasalásos technikával:

A nyák tervezésénél nagyon komolyan kell venni az adatlap ajánlásait, hogy nem szabad semmilyen feszültségkülönbségnek lenni a 2 erõsítõ tápjai között. A kimeneten kevesebb, mint 1mV-os offset-feszültség mérhetõ, és nincs szignifikáns feszültségkülönbség az IC lábainál mérve a tápvonalak között!

A végsõ elrendezés immár a dobozban. A trafó-egyenirányító-szûrés el van választva az erõsítõrésztõl egy alúlemezzel:

Dobozként egy leselejtezett készülékvázat, egy HP8447E OPT 010 erõsítõdobozt használtam (sajnos belül már üres volt).

Mért mûszaki paraméterek:

Kimeneti offset-feszültség: < 1mV

Zaj (max.hangerõn, jel nélkül) (Vrms): 6uV

Jel/zaj viszony (max. hangerõn, 1kHz-el): 112dB

csatornaáthallás (max. hangerõn, 32ohmon): 119dB

Erõsítési tényezõje: x2.0

Bemeneti impedancia hangerõszabályzóval és nélkül: 10kΩ/469kΩ

Kimenõteljesítmény: >900mW 32 ohmon, >80mW 600 ohmon

Teljes harmonikus torzítás 20kHzen: < 0.002% Pmax-nál 32 ohmon mérve

IC hõmérséklete Pmaxnál, 600 ohmon, 4 órányi mûködés után: 36 º C

A tápegység 100Hz-es zajfeszültség (max Pout-nél 32 ohmon): < 0.1mVrms