Hybridný HiFi predzosilňovač

[Wili]

Už dlhšie som si chcel postaviť nejaký komplexný predzosilňovač s množstvom vstupov (vrátane phono) pre vybudenie MC275, ktorý potrebuje dosť silný signál, ideálne symetrický... Preto postupne došlo k stavbe nasledovného predzosilňovača. Predzosilňovač som po kúskoch po večeroch vyvíjal a staval pol roka



Popis zapojenia zdroja:

Preamp je napájaný tieneným veľmi nízko sýteným toroidným transformátorom, ktorý je trvale napájaný zo siete. Z tohto je usmernená a stabilizovaná obvodom LM1085 kladná +5V vetva, kt. je stále prítomná pre napájanie digitálnych obvodov, relé, ovládaní atď. kt sú v režime standby. Po zobudení zo standby, sa relátkami pripoja ostatné vinutia transformátora a zároveň aj externá 230V zásuvka pre zapnutie koncového zosilňovača súčasne s preampom.

Po zapnutí v zdroji pribudne symetrických stabilizovaných +25,2V a -25,2V pre žhavenie elektrónok, z tohto vinutia je ešte stabilizované +15V a -15V pre operačné zosilňovače, a z tohoto stabilizovaného je ešte stabilizované +5V a -5V pre vstupné obvody. Všetky napätia sú stabilizované s LM317/337. Pre anódy elektrónok je stabilizované relatívne dosť nízke napätie +156V s LM317 + IRF840.

Popis zapojenia analógovej časti:



Na vstup privedený signál sa pripája cez jazýčkové relé k vstupnému bufferu s LME49720, ktorý tvorí vstupný filter a impedančne prispôsobí signál pre obvod od TI PGA2311. Tento obvod je použitý pre reguláciu signálu a v posledných 5 bodíkoch ešte pridáva 5dB gain. Pre napájanie analógovej časti PGA a vstupného bufferu je samostatný symetrický stabilizátor 7805/7905 napájaný zo stabilizovanej 15V vetvy umiestnený hned v blízkosti obvodov pre čo najlepšie parametre. Za týmto obvodom nasleduje elektrónkový hybridný stupeň s extrémne nízkym skreslením, ktorý pridáva trvale signálu +6dB gain. Hybridný je preto, že používa na výstupe namiesto klasického elektrónkového sledovača tranzistor MJE350. Pri stavbe a návrhoch som sa inšpiroval audioresearch a mcintosh predzosilňovačmi. Celý "gain stage" je veľmi zvláštne navrhnutý a elektrónkami tu tečie len 300uA pri 80V (na anóde) a pritom je neuveriteľne lineárne naladený. Za týmto stupňom nasleduje výstupný symetrický buffer s LME49720, za ktorým už sú len jazýčkové relé kt. tvoria obvod mute.

Okrem klasických vstupov tu je ešte elektrónkový hybridný gramofónový RIAA MM predzosilňovač. Všetky elektrónkové obvody sú na samostatnej doske umiestnenej vertikálne aby celková výška skrinky bola čím nižšia. Prepojené sú plochými IDC káblami s hlavnou doskou. Elektrónky sú ešte v uzemnených tieniacich krytkách pre lepší odstup brumu a celá elektrónková časť je od (už tak tieneného) trafa ešte oddelená ďalšou tieniacou prepážkou.

Ako ďalší vstup tu je ešte Bluetooth prijímač kt. cez i2s posiela digitálny signál do DAC od AKM AK4490. Tento je napájaný 4x super low noise LDO stabilizátormi LT1763. Celý layout DAC som sa snažil čím viac prepracovať a výstupný buffer tu je opäť LME49720. Pre lepší príjem signálu je na zadnom paneli vyvedený konektor pre wifi anténku. Nevedel som sa rozhodnúť či napájať BT s DAC trvale alebo len pri navolenom vstupe tak som dal na hlavnú DPS ešte jumper kde sa to dá zvoliť. Napájanie 10V DC pre modul sa pripája mini relátkom a tým sa zapína celý modul.

Popis zapojenia digitálnej časti:

Celý preamp je riadený procesorom na ktorý som vymyslel program a tento potom naprogramoval Ján Kadák (Kado). Za jeho spoluprácu na vývoji a spoločne dolaďovanie mu veľmi pekne ďakujem. Procesor je ovládaný enkóderom a IR príjmačom + zapínacím tlačidlom. Rotáciou enkóderu sa nastavuje hlasitosť a klikaním sa menia vstupy. Lepšie a podrobnejšie ovládanie ponúka diaľkové ovládanie (Apple), ktorým sa dajú klikaním do strán meniť vstupy, hore/dole hlasitosť, je tu možnosť zapínať funkciu mute a zapínať/vypínať preamp. Hodnoty sú zobrazované na 2x16 LCD displeji. Bolo nemožné nájsť displej s oranžovými písmenkami aby pasovali k elektrónkam tak som vykuchal klasický biely displej a vymenil SMD ledky podsvietenia za oranžové. Digitálny signál pre ovládanie obvodu PGA a posuvného registra na menenie vstupov je privedený k hlavnej DPS plochým káblom. Celá digitálna časť je na DPS precízne oddelená od analógovej. Je tu ešte dvojité "tienenie" v podobe rozliatej zeme v okolí všetkých digitálnych liniek a rozliatej zeme v okolí analģových obvodov. Obidve zeme sa spolu stretávajú na maličkej doske DAC modulu. Procesor posiela na hlavnú DPS ešte signály pre ovládanie relátok pre zapnutie celého zariadenia a mute. Všetky maličké relé sú napájané z digitálnej +5V časti. Veľké výkonové relé sú napájané z hlavnej symetrickej vetvy trafa (usmernené na nesym -30V) a zopínané kladným signálom z procesoru.

Celé zapojenie je na troch DPS. Jedna je pre procesor s displejom a ovládaním - táto kým bola finálna prešla troma postavenými prototypmi. Druhá je pre elektrónkovú časť - tiež istá časť bola testovaná na prototype počas vývoja. Tu bol hlavne problém všetko zmestiť na čím menšie miesto a zaručiť veľmi optimálne podmienky zemnenia a layoutu keďže sa tu nachádza phono preamp citlivý na brum. Tretia hlavná DPS je veľmi veľká a snažil som sa čím viac o all-in-one riešenie = aby to nebolo DIY ala prepájanie 10tich modulov čo sa mi nepáči. Jej kreslenie mi trvalo až priveľmi dlho :-/ a veľmi veľa nervov ale oplatilo sa, čím sa dostávam aj k EXCELENTNÝM parametrom preampu:

- Celkový maximálny gain preampu pri 100% hlasitosti je 11dB.
- Max. výstupné napätie je 3,5V RMS pri 1V RMS na vstupe. (možnosť symetrických výstupov)
- THD je pre mňa nemerateľné, tj. 0,000xxx. Merané THD je cez preamp ešte o trošku nižšie ako samostatná zvuková karta v loopbacku (creative X-fi HD)
- SNR >120-130dB tiež premňa ťažko merateľné na hranici zvukovej karty, asi by sa tu prejavila už aj kvalita káblov (merané s čínskym shitom)
- Schopnosť krmiť záťaže od 600R (v rámci možností LME)
- Frekvenčný rozsah 10Hz - 500kHz.

Výsledkom je absolútne nulový brum a dokonalý zvuk. Preamp hrá fakt parádne a zaujímavo, neviem či je to tou kombináciou elektrónok a tranzistorov alebo prejavom LME ale je to super a som veľmi spokojný. Hlavne konektivita a univerzálnosť je presne ladená na mieru a preamp obsahuje všetko čo potrebujem. Hudba cez bluetooth s externým DAC je tiež veľmi praktická. Síce beží na nízkej vzorkovacej frekvencii (len 44k) Rozhodne hrá ale omnoho lepšie ako low-cost BT moduly. Pri meraní cez DAC som nameral skreslenie THD=0,001% a odstup od digi šumu cca 110dB, THD+N je 0,03%.

Meranie THD a SNR pri 3,5V RMS do 600R záťaže. Všimnite si 50Hz


Meranie výstupu sinus 1k:


Meranie SR:


A zopár fotiek vnútra a z vonku + video ako funguje ovládanie:



















Video:



Tiež som pomeral RIAA PHONO vstup a ako na tom je. Nemám zatiaľ s čím porovnávať ale konečne mám na to merací prostriedok tak aspoň budem vedieť porovnať rôzne DIY phono preampy. Vyrobil som si invertovaný RIAA korektor v odtienenej krabičke, ktorý má na výstupe -40dB a invertovanú RIAA korekciu. Krabička vyzerá takto:



a meranie loopbacku samostatnej korekcie:



RIAA phono preamp s touto korekciou potom vyzerá takto:



približený rozsah odchýlky preampu od RIAA:



A ešte skreslenie RIAA phono preampu pri -3dB pri 1kHz:



Najviac ma teší odstup signálu od brumu, ktorý je super a aj keď je RIAA elektrónkové neobsahuje posluchovo žiadny brum. Pri pripojení na koncový zosilňovač a veľké citlivé reproduktory pri vytočení hlasitosti na maximum s otvoreným nezťaženým phono vstupom nepočuť žiadny 50/100Hz brum ale len šum na pozadí od extrémne vysokého vybudenia

[Robio]

Nieje o com, profi vyrobok . Mozme si z teba brat priklad ako by to malo vyzerat.

[Milos66]

Zase pekná paľba. Ideš ako píla. Je to fakt super. Ako množstvo práce, tak aj vynaložené prostriedky.

[Andy99]

Odo mna mas +K, ktoru si fakt zasluzis.
Na margo toho LCD, zas az tak to nemozne nie je . Vid... http://www.ebay.co.uk/itm/LCD1602A-Oran ... 1659228843

[platon.rado]

Tu je karma zbytocna..si blazon:-)

[staffy]

Veľmi, veľmi pekné, prevedenie profi K+

Prekvapili ma parametre toho atenuátora od TI, pre úplne maximum maximum Hi-Fi by som tam videl útlm cez relé alebo motorový Alps.
Na meraní by sa to ale zrejme neprejavilo, na posluchu zrejme tiež nie

A ešte jedna vec, úlm/zisk by som dal v dB a nie v %

[zdenoeddie]

Ja sa kurva do tej Prahy asi prestahujem tiez... Willi

[Wili]

Na margo toho LCD, zas az tak to nemozne nie je . Vid... http://www.ebay.co.uk/itm/LCD1602A-Oran ... 1659228843

Tieto som kupil 3ks popri stavani... ale niesu SPI, funguju na inej zbernici a su nejake starsie typy. Tak som chcel ze nich aspon vykucham podsvietenie ale bolo dost slabe a malo oranzove, skor zltkaste. Idealny by bol OLED ale taky som oranzovy nevidel nikde.

A ešte jedna vec, úlm/zisk by som dal v dB a nie v %

To som tiež pôvodne zamýšľal ale z hladiska jednoduchosti a priateľnosti používania aj pre hifi neznalých (priateľka netuší koľko dB asi treba nastaviť a prečo to je v mínuse...) som to dal v %, keď mám pravdu povedať mne sa to tak tiež viac páči. Ale samozrejme toto je prispôsobiteľné veľmi jednoducho v programe a každej dB hodnote je len priradená konkrétnapercentuálna hodnota.

[maskrtnik01]

Dobrý deň,

Mohli by ste zverejniť schému časti digital volume control? Zaujímalo by ma, ako funguje.

EDIT: Dalo by sa s tým PGA urobiť aj korekcie? Prípadne podobný obvod.

[Milos66]

Mňa by ale veľmi zaujímala jedna vec. Kde si dávaš robiť krabice. Vyzerajú naozaj ako profi výrobok. Nie len obyčajná zámočnícka dielňa, to je naozaj kus peknej kovo roboty.

[Wili]

maskrtnik01: Až na zdroj a vstupný buffer to sleduje datasheet a doporučené použitie PGA2311. Korekcie sa s týmto PGA zrejme urobiť nedajú ale existujú iné podobné obvody ktoré to dokážu.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/pga2311.pdf

PGA k svojej funkcii potrebuje naprogramovaný procesor, ktorý mu posiela hodnoty. Existujú inak aj digitálne obvody bez potreby MCU ktoré sa dajú riadiť priamo externými tlačidlami a pod...

Milos66: nakresliť peknú a dobrú krabicu ktorá aj pasuje chce trochu cviku ale po treťom prototype už som sa konečne celkom trafil (okrem hrúbky plechu treba počítať aj napr. s hrúbkou farby) krabicu si stále nakreslím v rozvinutom stave v coreli, exportnem do dwg a pošlem do firmy čo ponúka rezanie laserom. Potom k tomu dodám aj ohýbací plán a na CNC hydraulickej ohýbačke mi to naohýbajú. V Prahe je takých firiem fakt veľa a jedna sa dokonca nachádza 1km odomňa takže to mám "na skok". Táto konkrétna krabica je z 1mm pozink. oceľového plechu. Keď je krabica hotová, tak ešte jemne obrúsim hrany, doladím prípadne niektoré otvory čo som zabudol... tak ju potom odnesiem do práškovej lakovne kde si len vyberiem odtieň a za týždeň je dokonalá a nová krabica na svete. Cenovo to vychádza dokopy vždy skoro necelých 100eur / krabica, bez ohľadu na veľkosť, keďže sa jedná o prototypy. Keby tých krabíc bolo viac rovnakých, dala by sa cena zrejme dosť výrazne znížiť.

[Betaron]

Wili, tvůj nový předzesilovač včetně přepínače vstupů vypadá velmi hezky. Řekl bych spíše přímo úchvatně. Já to posuzuji především z hlediska možnosti přepínání několika zdrojů signálů, páž ve svých konstrukcích hifi zesilovačů jsem byl vždy zastáncem integrovaných verzí.
Tvé jednotlivé práce, konstrukce na bázi elektronek vždy sleduji se zvýšeným zájmem, protože je za tebou vidět kus tvořivé práce, a tomu fandím.
Pokud mohu tvůj nynější znamenitý konstrukční počin připodobnit ke své variantě řešení odděleného distributoru audio vstupů, ovšem bez elektronek, pak jsem už kdysi uvedl zde:
http://hifi.slovanet.sk/bb/viewtopic.php?t=18593

[Wili]

Ďakujem za reakciu Betaron. Tvoje konštrukcie sú tiež na veľmi vysokej remeselnej úrovni a ak mám pravdu povedať v dobe ich vzniku keď si ich staval som to aktívne sledoval a často pre mňa boli v minulosti veľkou inšpiráciou

[hpeter]

Jezismarjaa, nebavi ma furt klikat na tu karmu Urobil si kus roboty.
Teraz trochu "vaznejsie", mna prekvapuje ze akykolvek flaskostroj ludia meraju THD, porovnavaju. Asi to prislo zo zapadu. Dovod preco ich nemerat, flaskostroj nikdy nebude mat 0%THD. Na take veci su tu tranzistory. To je ako porovnavat spotrebu na Mustangu. Samozrejme vzdy bude porazeny v tejto discipline, aj s namontovanymi setricmi a tabletkami do nadrze Druhy globalny fenomen, pc zvukovky ako meracie pristroje, par problemov- kalibracia, (presnost)? (x dBU pri 0dBFS alebo ako?), a este sposobilost "meradla" (MSA, GageR&R). Moc komplikovane, sup do postele

[Wili]

hpeter zvukovka ako merací prístroj je celkom dobrý prostriedok na domáce použitie/porovnávanie rôznych diy výrobkov. Teda samozrejme záleží aká je, ale aj s obyčajnou integrovanou v PC lacnou sa dá merať do cca 120dB šumu a 0,001% THD čo postačuje na väčšinu DIY výrobkov.

Stačí vedieť či domáci výrobok má 1% alebo 0,000xxx% THD pri akom napätí a do akej záťaže a už vieš približne ako sa zariadenie chová. Keď meriaš cez Artu tak linková úroveň (0,707V RMS) je viac menej referenčná hodnota, a ak je na výstupe 0dB a na vstupe 0dB tak máš referenciu. Stupnice dB a úrovne sú povedal by som dosť presné. Potom ak sa merajú vyššie úrovne nad linkovou a vstup zvukovej karty to nezvláda tak sa používa samozrejme delič a dB hodnota je potom na grafe len orientačná a doladená na nejakú vhodnú úroveň, ktorá vyhovuje vlastnostiam zvukovej karty, preto je potom vhodné pri grafe uviesť pri akom napätí a záťaži to je merané.

Okrem toho mám update k preampu:

Pôvodne malo byt "točítko" podsvietené, čo aj bolo ale nebolo to vôbec vidieť, lebo netušil som že ten matný čierny podklad to až tak extrémne utlmí. Tak som z CD vyrezal koliesko ktoré presne sadlo do vybrania pre točítko a obrúsil ho do matna aby fungovalo ako difúzor a konečne podsvietenie vidieť





Tiež som pomeral RIAA PHONO vstup a ako na tom je, nemám zatiaľ s čím porovnávať ale konečne mám na to merací prostriedok tak aspoň budem vedieť porovnať rôzne DIY phono preampy. Vyrobil som si invertovaný RIAA korektor v odtienenej krabičke, ktorý má na výstupe -40dB a invertovanú RIAA korekciu. Krabička vyzerá takto:



a meranie loopbacku samostatnej korekcie:



RIAA phono preamp s touto korekciou potom vyzerá takto:



približený rozsah odchýlky preampu od RIAA:



A ešte skreslenie RIAA phono preampu pri -3dB pri 1kHz:



Najviac ma teší odstup signálu od brumu, ktorý je super a aj keď je RIAA elektrónkové neobsahuje posluchovo žiadny brum. Pri pripojení na koncový zosilňovač a veľké citlivé reproduktory pri vytočení hlasitosti na maximum s otvoreným nezťaženým phono vstupom nepočuť žiadny 50/100Hz brum ale len šum na pozadí od extrémne vysokého vybudenia

[oravan]

uverjníš kompletnú dokumentáciu celého zariadenia

[hpeter]

Wili, ak je pravda co vidim 2.H -85dB tak na jej zaregistrovanie treba zlate usi.

[StefanST]

Pekná konštrukcia!

Pri tom minimalistickom dizajne (počet ovládacích prvkov) by som
(1) Vynechal na display slovo INPUT, lebo je zrejmé z kontextu a tu sa zdá byť zbytočné.
(2) Do gombíka hlasitosti doplnil svetelnú bodku, alebo malú kružnicu, alebo inak indikoval, že gombík sa dá nielen otáčať, ale má aj klikaciu funkciu.
(3) Stojí za zváženie, že pri zapnutom mute by stlačenie gombíka vyplo mule - ďalej by fungovalo ako prepínanie vstupov. Aby si nemusel ísť cez pol miestnosti po ovládač, ak si práve pri zosilňovači.
(4) Možno malá vychytávka, keďže máš procesorom riadené ovládanie hlasitosti: Bolo by to príjemnejšie, ak by pri prepínaní vstupov plynulo "stíšil" pôvodný kanúl (1/4 - 1/2 sec) a potom plynulo nabehol nový kanál (1/2 - 1 sec)?

[Wili]

Oravan uvidim casom, mozno neskor.

Stefan dakujem, ano dalo by sa to aj zjednodusit ako pises a dokonca by sa dal potom pouzit jednoriadkovy displej co ma vacsie pismenka co by bolo mozno aj krajsie, potom by stalo za uvahu este viac znizit cely profil skrinky. Nad tym som aj uvazoval ale nepouzil to lebo planujem tento projekt dalej rozvijat a pridavat do procesoru este nejake nastavovacie "menu" alebo "settings" alebo nieco take pristupne cez dialkove ovladanie, kde uz sa tie dva riadky hodia a aj tie su malo. Chcem este mozno do menu vlozit veci ako detekciu audiosignalu, sleep funkciu, mozno balance alebo upravu celkoveho gainu alebo gain specificky pre kazdy kanal samostatne pre vyrovnanie urovni signalov. Tiez menenie kapacity vstupu pre phono preamp pre MM prenosku atd...

- Bodka by sa mi nepacila
- MUTE sa rusi zmenou hlasitosti alebo tlacitkom na ovladaci, takze netreba stlacat gombik ale len nim pohnut do jednej zo stran a mute sa zrusi
- plynule stisovanie by sa mne osobne pri zmene vstupu nepacilo. Mozno to je aj tym ze vacsinu vstupov mam na velmi podobnej rovnakej urovni alebo tym ze vstupy skoro nikdy nemenim, dlhy cas pouzivam len jeden rovnaky. Je to ale naprogramovane tak, ze pri prepinani vstupov sa vstupy nepripajaju hned ale az s casovym oneskorenim 1s, takze ked sa meni vstup a "hlada sa ten spravny" tak az ked vybrany vstup svieti 1 sekundu, tak sa pripoji.

[Jozko95]

Neuveritelne Wili, kazdym projektom sa prekonavas, som zvedavy, co bude dalsi Tvoj projekt
Pre Teba by mali, ale vymysliet akesi speci odcenenie, tuto je karma nedostatocny artikel