Eerder plaatsten we Deel 1 uit dit tweeluik in onze eerste stappen artikelen van Elektor online te publiceren (zie dit bericht voor meer informatie), vandaag het afsluitende vervolg.
In dit tweede en laatste deel (klik hier voor deel 1) gaan we echt aan de slag met twee maal 32 NE5532-opamps parallel geschakeld voor een high-end audio-eindversterker met uitzonderlijke eigenschappen voor wat betreft vervorming en geluidskwaliteit. Verder worden verschillende uitbreidingsmogelijkheden besproken: brugschakeling voor een groter uitgangsvermogen en aanpassing van de versterker voor 4-ohm-belastingen.
Als u soms denkt dat het parallel schakelen van een paar dozijn NE5532-opamps een merkwaardige manier is om een kwaliteits audioversterker te ontwerpen en dat dit weer typisch iets is voor Elektor, dan heeft u waarschijnlijk gelijk. Het ontwerp van vorige maand ontlokte veel reacties van onze lezers, vooral van de audiofielen. Deze maand gaan we aan de slag door het 5532-opampproject daadwerkelijk in elkaar te zetten en aan de tand te voelen.
Content beschikbaar gesteld door Elektor
Opbouw-versterkerprint
De versterker zelf is ondergebracht op een dubbelzijdige doorgemetalliseerde print, zie figuur 1. Er zijn twee van deze printen nodig voor een stereo versterker. De door Elektor geleverde printen vormen een uitstekende basis om het project tot een goed einde te brengen. Nu we het toch hebben over kwaliteit, dit is een kwaliteitsversterker. Gebruikt u een mengelmoes van onderdelen en neemt u het met de opbouw niet zo nauw, dan is het eindresultaat onvoorspelbaar. Meer over het selecteren van de beste NE5532 in het kader.
De opbouw op de print van 205 x 84 mm zou geen problemen moeten opleveren, want er worden alleen maar standaard componenten met aansluitdraden gebruikt. Als u nauwgezet en netjes werkt, dan kunt u een goed werkende versterker verwachten, net zoals Ton Giesberts van het Elektor- lab die alle hier getoonde printen heeft opgebouwd en getest. Er zijn echter wel wat opmerkingen te maken.
De meeste weerstanden worden rechtop gemonteerd. Probeer de draden consequent twee maal te buigen om rechte hoeken te verkrijgen. Met halve cirkels wordt aangegeven waar de weerstanden op de print staan. Als er rechthoeken staan, moeten de weerstanden plat op de print gemonteerd worden.
In principe is het het beste om alle opamps rechtstreeks op de print te monteren, maar dat maakt foutzoeken naderhand wel heel lastig (zie deel 1). Daarom werd het prototype opgebouwd met 8-voudige DIL-printvoetjes met gedraaide contacten voor alle opamps. Het is heel belangrijk om voetjes van een goede kwaliteit te gebruiken – laat u niet in de verleiding brengen om goedkope exemplaren met veercontacten te gebruiken, dat is verkeerde zuinigheid.
De grootste onderdelen op de print zijn condensator C2, spoel L1, relais RE1 en de printkroonsteentjes voor het aansluiten van de luidspreker en de voeding. De spoel bestaat uit 10 windingen geëmailleerd koperdraad van 1 mm doorsnede, met een interne diameter van 20 mm. De windingen moeten gelijkmatig worden verdeeld om een totale lengte te krijgen die op de print past. Monteer de spoel eerst, zet dan R106 op een hoogte van 5...10 mm boven de print, zodanig dat hij nergens tegen L1 aan komt.
In tegenstelling tot wat op de print staat afgebeeld, kunnen de condensatoren C24, C25, C26 en C27 beter niet worden gemonteerd. In plaats daarvan wordt dan een enkele elco van 63 V/1000 µF rechtstreeks gemonteerd op connector K16/ K17, zie het bedradingsschema. Let daarbij op de polariteit en voorzie de aansluitdraden van een stukje isolatiekous. Het moet een elco zijn met een lage ESR. Deze aanpassing bleek de vervorming bij ongeveer 20 kHz in het oorspronkelijke ontwerp flink te verminderen. De specificaties van vorige maand zijn die van deze gemodificeerde versie.
De vier hoeken van de versterkerprint hebben gaten voor afstandsbussen – wij gebruikten 10 mm lange exemplaren.
Als de versterkerprint helemaal is opgebouwd, dan is een grondige visuele inspectie nodig voor het eerste gebruik. Zitten alle onderdelen met een polariteit in de juiste richting? Zijn alle soldeerverbindingen onberispelijk? De versterkerprint is in figuur 1 nogmaals afgebeeld.
Opbouw - voedingsprint
Dit is ook een gewone print met uitsluitend standaard onderdelen, ze moet dus gemakkelijk te bouwen en aan de praat te krijgen zijn. De bevestiging van de koelplaten van de spanningregelaars vergt wat mechanisch werk.
De twee bruggelijkrichters B1 en B2 moeten voorzien worden van 2 mm dikke aluminium plaatjes van 70 x 35 mm, die tegen de vlakke kant geschroefd worden. De twee spanningregelaars IC1 en IC2 zijn samen bevestigd op een groot zwart aluminium koellichaam, dit is ook afgebeeld op de componentenopdruk. Het koellichaam wordt op de print vastgeschroefd met drie M4-boutjes, hiervoor moeten aan de onderzijde gaten geboord en getapt worden. Er is voorzien in ventilatieopeningen in de print onder het koellichaam om de koeling te verbeteren.
Figuur 1: Foto van een van de opgebouwde prototypen. Zo zou d door u opgebouwde print er ook uit moeten zien! Denk eraan dat consendatoren C24 ... C27 niet gemonteerd moeten worden.
Figuur 2: De voedingsprint is conventioneel wat betreft de constructie en opbouw, maar zorg ervoor dat de koelplaat en de spanningsregelaars goed gemonteerd gaat worden. De hier getoonde kunststof koffer wordt niet aanbevolen als permanente behuizing voor de versterker.
Figuur 3: Het bedradingsschema van de OpAmplifier. Dit geldt voor de versie van de 2 x 15 Watt, 8 Ohm. De ringkerntransformator en de zekering zijn afhankelijk van de gewenste configuratie. Verbindingen waar veel stroom doorheen gaat en de luidsprekeraansluitingen zijn met dikkere lijnen getekend.
Variant 1: Uitbreiding van het ontwerp voor 4-ohm-luidsprekersHet is een inherente eigenschap van de 5532-eindversterker dat de uitgangsstroom begrensd wordt door de interne stroombeveiliging van de gebruikte opamps. Als er meer stroom nodig is voor de belasting, dan moeten er dus meer opamps parallel geschakeld worden. Het basisontwerp is bedoeld voor het aansturen van luidsprekers van 8 Ohm met een redelijke veiligheidsmarge, maar de standaard versie wordt het zeker niet aanbevolen voor een belasting van 4 Ohm. Om de 5532-versterker uit te breiden voor een belasting van 4 Ohm is het noodzakelijk om het aantal parallel geschakelde opamps te verdubbelen. Dat is gemakkelijker dan het klinkt, want in het ontwerp is al de mogelijkheid ingebouwd om een of meer versterkerprinten parallel te schakelen. Connector K4 (zie het schema dat we vorige maand publiceerden) wordt gebruikt als uitgang van de hoofdversterker-print; deze is verbonden met de uitgang van IC3A. Die uitgang heeft dus een heel lage impedantie (gemeten: 0,24 Ohm bij 1 kHz) en hij is immuun voor HF-instabiliteit veroorzaakt door kabelcapaciteit. Er kan een willekeurig lange kabel gebruikt worden. De uitgang van K4 stuurt een identieke vermogensprint waarop alle uitgangs-opamps zijn geplaatst maar de hele ingangstrap (IC1...IC5) is weggelaten. De equivalente connector K4 op deze print wordt gebruikt als ingang en deze stuurt de uitgangs-opamps op exact dezelfde manier aan als de hoofd-versterkerprint. De connectors K14 en K15 worden gebruikt om de uitgangen van de twee versterkerprints te koppelen. Let er op dat deze koppeling voor uitgangsrelais RE1 zit, zodat de beveiligingsschakeling voor de luidsprekers ook zijn werk kan blijven doen. Hoewel deze aanpassing voor 4-Ohm-belastingen relatief eenvoudig is, moeten we er wel rekening mee houden dat de eisen voor de voeding nu ook verdubbeld worden. Er is een grotere voedingstransformator nodig, zwaardere gelijkrichters, grotere buffercondensatoren en zwaardere spanningsregelaars. Om al deze redenen is de 4-Ohm-ohm versie hier meer als een optie voor experimenteren beschreven. |
Figuur 4: De OpAmplifier werd stevig aan de tand gevoeld met onze AP system 2 Analyser.
a. THD & noise vs uitgangsvermogen.
b. Vervorming vs uitgangsvermogen (1 kHz, B - 22 kHz).
c. FFT-meting bij 1 kHz/1W/8 Ohm.
De LT1083CP's wordt op het koellichaam bevestigd met behulp van isolatieplaatjes. Er moeten nog twee gaten geboord worden voor de M3-boutjes die de regelaars stevig op de koelplaat vasthouden. Bepaal nauwkeurig de plaats van de gaten voor de regelaars. De aansluitdraden van de regelaars worden van een bochtje voorzien om thermische spanningen op te vangen. Pas nadat de koelplaat en de twee LT1083-regelaars zijn vastgezet, worden de pootjes van deze IC's gesoldeerd.
In figuur 2 is de voedingsprint naast de versterkerprinten te zien, ingebouwd in een koffertje voor demogebruik. Net zoals bij de versterkerprint worden voor het vastzetten van de print in de behuizing afstandsbussen gebruikt. De voedingsprint kan al even worden getest door de secundaire draden van de ringkerntrafo tijdelijk aan te sluiten en dan te meten of de juiste spanningen van ±18 V ±0,7 V op de uitgangen aanwezig zijn.
