ЦАП+УНЧ для наушников "Алёнка" с аккумуляторным питанием (XMOS+PCM5102+6с31б)

[IronYorick]

Любимой и терпеливой жене посвящается
(ЗЫ-Назовите проект именем супруги, и вам позволят затащить в хату даже щиты на 4А32 )

Давно хотелось проверить идею непосредственного питания ламповой схемы от аккумуляторных батарей.
(Болтовни (и срача) на ту тему было много)
По сути, устройство представляет собой ламповый буфер встроенного драйвера микросхемы ЦАП РСМ 5102 и меет следующие параметры:
Uвых-1.5В (на выходе головных телефонов\небалансном)
Rвых-3 Ом
Рекомендованный импеданс головных телефонов-32 Ом
Выходная максимальная мощность на нагрузке 6 Ом - 300 мВт
Время непрерывной работы от батарей - не менее 5 часов.
Предусмотрено наличие балансных выходов, а также заряд батарей от бортсети автомобиля.
АЧХ, уровень искажений и шумов приведены в отчете программы RMAA (вполне приличны даже по меркам этой придирчивой софтины).

Summary

Frequency response (from 40 Hz to 15 kHz),

dB   
+0.12, -0.18
Very good
Noise level, dB (A)   
-84.2
Good
Dynamic range, dB (A)   
84.2
Good
THD, %   
0.0047
Very good
THD + Noise, dB (A)   
-77.2
Average
IMD + Noise, %   
0.018
Very good
Stereo crosstalk, dB   
-79.7
Very good
IMD at 10 kHz, %   
0.019
Very good
General performance   
 
Good

(уровень шумов чуть подпортил висящий рядом плазменный телевизор (выбросы от 10 кГц)

Характерной особенностью является сверхкороткий тракт -сетки ламп включены непосредственно к выходам микросхемы, исключены постфильтры, регулировка громкости только программная.
Ламповая часть выполнена на сверхминиатюрных триодах 6с31б, режимы приведены на схеме,

класс усиления А1\А2. Однако, рекомендована работа с уровнем входного сигнала -6 дБ, без захода в область сеточных токов. В ходе макетирования и отслушивания установлено, что ток сетки при данном режиме и амплитуде входного сигнала 2 В RMS не превышает сотен мкА, что, однако, приводит к росту нелинейных искажений и обогащению спектра продуктами высших порядков. Разумеется, в данном случае речь идет о примерно 0.1% THD, иначе бы пришлось выбирать другой режим, что при ограничении по анодному напряжению было бы затруднительно.Однако, при стандартном уровне измерительного сигнала программы RMAA -3дБ все уже очень пристойно.
Примечание.
Первой задумкой было использовать лампы в рекомендованном режиме 50В анод 0В сетка (схема на двух деталях ). Однако, судя по всему, режим этот для каких-то схем автоматики, пиковый ток сетки при 2 В RMS достигал 6 мА (!), перегружая драйвер. Вообще, проверку миф о "волшебном классе А2" не прошел, аминь.
Кроме того, пришлось пойти на применение автоматического смещения - увы, еще одно ограничение аккумуляторного питания, по мере разряда батареи с фиксированным смещением режимы весьма нестабильны.
Выходные трансформаторы - доработанные ТВЗ 1-9. В данном случае эти замухрышки" вполне уместны, поскольку амплитуда напряжения на первичной обмотке всего 30 В, а внутреннее сопротивление лампы 1 кОм.Доработка сделана
по известной методике, и состояла в следующем
1. Поверх имеющихся, выполнена вторая секция вторичной обмотки, 2 слоя по 29 витков проводом 0.67 мм.
2. Из имеющихся магнитопроводов выбраны 3 лучших, разобраны с удалением остатков парафина (трансики в оригинале состоят из него процентов на 20 )
3. Пластины перемешаны, новые магнитопроводы собраны аккуратно и плотно, с дополнением недостающего железа.
4.В качестве прокладки использован 1 слой кассовой ленты.
В итоге удалось повысить индуктивность первичек более чем на 20%, и получить в
полку от 20 Гц до 15 КГц и -3дБ на 18 КГц.

Результаты прослушивания вполне коррелируют с приборными результатами -звук ровный, свежий, насыщенный. Окраски и слащавости нет. Никаких артефактов не слышно, разумеется. Аккумуляторы дают огромную энерговооруженность, создавая основательный фундамент на НЧ. Лампа 6с31б, несмотря на крохотные размеры, дает очень "взрослый" звук. Однако, что разумеется, чистая вкусовщина, мне не хватает эмоциональности, увы...

Продолжение завтра.
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)

[ДДО]

 
Какие наушники применяются?

[323f]

Насчёт эмоциональности не понял. Чего конкретно нема?

[IronYorick]

Продолжу описание.
Источник питания.
Для питания устройства выбрана комбинированная схема из анодной батареи, выполненной на 16 Li-ION аккумуляторах (size 18650) 2400 mAH, и накальная батарея, выполненная на 10 Ni-MH аккумуляторах (size AA) 2100 mAH, включенных последовательно. Суммарное напряжение полностью заряженной батареи 78 В.
В качестве сетевого ИП использован внешний БП от старого ноутбука, 20 В 3 А.
Для заряда батарей используются 2 зарядных устройства, одно для батареи в целом, второе – реализующее режим ускоренного подзаряда только накальной батареи. Первое представляет собой Step-Up преобразователь на напряжение 80 В и включенный последовательно с ним стабилизатор тока заряда на LM317 на 40 мА. Таким образом, реализован щадящий режим заряда литиевых аккумуляторов и компенсация саморазряда накальной батареи. В данном режиме источник питания может оставаться неограниченное время, однако, рекомендуется по достижении полной зарядки батареи его отключать. Ускоренный подзаряд накала осуществляется отдельным зарядным устройством на LM317, представляющий собой регулируемый стабилизатор напряжения (выставлено 15 В) с ограничением тока  (внутреннее сопротивление 10 Ом). Такая схема позволяет получить в начале зарядного цикла ток до 500 мА, с плавным спаданием его до 100 мА (0.05С) в конце. Кроме того, исключено повреждение нитей накала ламп при потере контакта в батарее (возможен и режим одновременной работы усилителя и подключенного устройства ускоренного заряда) Зарядные устройства включаются независимо друг от друга, при этом допускается любая комбинация и любое время применения, хотя лучше отключить по окончании зарядного цикла, во избежание .
Для контроля глубокого разряда в плане развития проекта будет сделана платка с парой компараторов (или контроллер на МК) с исполнительными реле, место зарезервировано.
Для анодной батареи предусмотрена простейшая схема балансировки , состоящая из включенных параллельно элементам стабилитронов 3.9В 0.5Вт. Достоинством схемы, помимо простоты, является постоянная балансировка батареи (при отключении зарядного устройства, через стабилитроны происходит медленный разряд элементов, начиная с тока 5 мА для 4.2 В до 1 мА при 3.7 В, с уже совсем медленным (в течении месяцев, сопоставимо с саморазрядом) выводом элементов в режим хранения (3 В)


и добавил...

Какие наушники применяются?

Митрич, вот эти Зенхи. Они хоть и не дорогие, но вполне пристойно звучат.http://www.sennheiser.ru/personal/headphones/hi-fi-wired/hi-fi-wired_34.html
Вообще, по сравнению с тестовым включением (традиционный БП, электролит 100тыс мКФ) тональный баланс несколько сдвинулся в НЧ область, звук приобрел особую основательность и выразительность. И шунтировать литиевые батареи большими капациторами, как выяснилось, совершенно бессмысленно. Так что энерговооруженность таки сказывается, как Вы и предполагали.

и добавил...

Насчёт эмоциональности не понял. Чего конкретно нема?

Сергей, человек такая животина, может когда все хорошо, это тоже плохо . Звук триодного однотакта, как по мне, ассоциируется с манерным модным тенором (нетрадиционной сексуальной ориентации ) Он отлично поет, но вальяжно, без огонька...
Впрочем, все это вкусовщина, конечно.

[SixtySeven]

И всё таки зачем аккумуляторы,вроде на мобильное устройство не похоже?

[IronYorick]

на мобильное устройство не похоже?

Ламповый аппарат с трансформаторным выходом едва ли может попасть в эту категорию С функциональной точки зрения (в комплекте с нетбуком) аппарат таки автономен, остальные категории звучания лежат в психоэмоциональной плоскости восприятия и иных аргументов, кроме "мне нравится" не имеют. Да и не обязаны, собственно

[323f]

Кардинальным образом избавиться от источника сетевого фона неплохо, вроде бы. Опять же, аккум хорошо исполняет роль очень большого кондюка.

[IronYorick]

Кардинальным образом избавиться от источника сетевого фона неплохо, вроде бы. Опять же, аккум хорошо исполняет роль очень большого кондюка.

Да, на самом деле, все это хозяйство по габаритам  и  цене сопоставимо с хорошим трансформаторным БП. Все устройство имеет габариты 140*140*330* и вес порядка 3 кг. А результат очень хороший

[Segun]

Блин! Але администация! Берем два первых сообщения и  на сайт в виде статьи, а то у нас там конь не валялся!

и добавил...

И всё таки зачем аккумуляторы,вроде на мобильное устройство не похоже?

А может летом на на берег Азовского моря  захочется вывезти ноут с шикарным звуком?

[Dim1112]

Не замечание. Просто на заметку. Вместо литий-ионых/полимерных аккумуляторов с их капризными разрядами/зарядами проще использовать литийфосфатные элементы, к тому же у них ресурс/хранение больше чем у чистого лития. И 15 минутный заряд, тоже, очень удобная штука. Я использую А123Systems более 6-ти лет нереканий не было.

[IronYorick]

проще использовать литийфосфатные элементы

Хорошая и перспективная штука, минусов 2, ниже на четверть ЭДС, и цена На самом деле, на Алиэкспрессе я все батарейки литиевые (20 шт) за 1.4 Круб с доставкой всего взял (додекабрьских) Но, сцуко, лотерея 2 шт приехали дохлыми сразу (бабло отбил по диспуту), еще одна с повышенным саморазрядом. А никель в первой покупке вообще фэйк был(тоже отспорил).
ЗЫ-на самом деле, анодная батарея, в силу малости тока, проблем не доставляет, громоздко просто. А вот накал, тот при непосредственном питании кровь портит. Если анодная батарея на 10% от номинала сядет, то и пес бы с ней, а вот накал, увы Т.е и по ЭДС, и по кривой разряда, только никель или свинец. И, самое неприятное, это внутреннее сопротивление батареи. Оно после отбора 60 % примерно емкости, начинает резко расти
Наверное, лучше литием набрать и застабить, но тогда половина емкости в тепло улетит...

[323f]

Если нету ТВЗ такого, как жЫть?! Киньте вариант моточных данных и сердечника. Плз.

[ДДО]

Если место позволяет, то попытайтесь С₃ увеличить на один,два порядка (если на макетке не упражнялись). По верхнему краю мидбаса и средним частотам выразительность тоже заметно улучшиться.

[IronYorick]

если на макетке не упражнялись

Митрич, пробовал, 100000 мкФ. Улучшения не увидел и не услышал. Анодная батарея имеет внутреннее сопротивление 6.5 Ом (посредственное, на самом деле, аккумуляторы высокого качества имеют раза в 4 меньше. Но мне не вертолет запускать) Шунт рассчитывался так, чтобы с 300-400 Гц уже конденсаторы работали. Итоговый импеданс оценивался косвенно,по выходным параметрам (равномерность АЧХ и переходное затухание), что для случая СЕ полагаю вполне корректным. Собственно, один из моих выводов сей лабораторной - смысла шунтировать литиевые АКБ емкими электролитами нет.
ЗЫ - предохранители ставить обязательно! (горький опыт), пырхает знатно

и добавил...

Если нету ТВЗ такого, как жЫть?! Киньте вариант моточных данных и сердечника. Плз.

Сергей, в оригинале он Ш16х24, 2150 первичка 0.14 мм 58 вторичка 0.64мм, (вторичка, потом вся первичка)  Я ему поверх вторую секцию вторички намотал.
Трансик копеечный, на самом деле. Тут он проходит только по причине комариной мощности и низкого внутреннего лампы, а для нормального мощника не годится. Если уж мотать полностью, то и железяку поболе взять (6 кв хотя-бы) и виточков побольше.

[Dim1112]

Хорошая и перспективная штука, минусов 2, ниже на четверть ЭДС, и цена

Ну дык, вроде как, для накала конфигурация 2х ферум лучше чем 6х никель. К тому же, никаких эффектов памяти и боязней глубокого разряда, саморазряд практически отсутствует. И главное - быстрый заряд. По цене что 6-ть хороших металгидридов, что два ферума. С анодным - да сложнее, равных ионно-литиевым пока нет... Но если брать во внимание ресурс, то тут еще можно поспорить есть ли экономия или ее нет. Хотя, конечно, у литийионных, и особенно полимерных, ассортимент куда шире, чем у ферума.... Но это так - мысли вслух. Сам задумывался над похожим проектом, поэтому прикидывал что да как с точки зрения питания....

[IronYorick]

для накала конфигурация 2х ферум

Дмитрий, параметры феррофосфатов подходят, настораживает только 7.13 В полностью заряженной пары

и добавил...

Сам задумывался над похожим проектом, поэтому прикидывал что да как с точки зрения питания....

Присоединяйтесь
На самом деле получается

[ДДО]

Митрич, пробовал, 100000 мкФ. Улучшения не увидел и не услышал.

Реальный опыт всегда ценней своих и чужих умствований.

[Dim1112]

Дмитрий, параметры феррофосфатов подходят, настораживает только 7.13 В полностью заряженной пары

Напряжение в конце заряда - 3.6 В (его можно быстро снижать до уровня 3.3В), номинал 3.3, 3.0 разряженный элемент. если довольствоваться 80-90% емкости, то запросто можно получить стабильные 3.3. У кадмия/гидрида номинал 1.2-1.3, напряжение в конце заряда 1.6-2в, разряженный элемент 1В. При этом, отбирать при разряде нужно номинальную емкость, иначе эффект памяти замучает. Фактически же, 6.6В от пары ферумов, в общем то, в допустимый диапазон напряжений накала попадает.



и добавил...

Присоединяйтесь

Я бы и рад, но... НЕ те нынче времена.

[IronYorick]

Напряжение в конце заряда - 3.6 В

Даже 3.65В, пара 7.3В (не 7.13) Учитывая низкое внутреннее,жахнуть их на холодные нитки может быть чревато

У кадмия/гидрида номинал 1.2-1.3, напряжение в конце заряда 1.6-2в, разряженный элемент 1В

В конце заряда 1.4В (по факту, теоретически м.б.1.45В) У меня внутреннее всей батареи (10 эл-тов) 1 Ом, ток 300 мА (накал+анод в ней тоже) Итого стартуем под нагрузкой с 13.7 В, за час до 12.6В, потом около 4 часов до 11.5 В. Собсно, нижняя граница для ламп. Дальше растет сопротивление, и напруга  под нагрузкой буквально на глазах падает до 10 В. Доразряжаю до 9 (ЭДС 10.5 В) и заряд. Контроль встроенным вольтметром, он не бутафорский, я его перебрал и сделал с переключением диапазонов (15В и 150В) и достаточно точным. Переключение цепей контроля и диапазонов левым на фото тумблером. Правый переключает режим "Работа-Выкл-Заряд"  Индикаторы -2 светодиода за красивыми "глазками" Режимы индицируются ими в разных сочетаниях. Эти сервисные мелочи я на схеме опустил, все равно каждый на свой вкус сделает.

[323f]

А как Вы выбирали рабочую точку триодов? Ограничились карандашом и линейкой, или "поигрались" в угоду ушам? Пытались использовать конструкцию в связке с усилителем и акустикой?

[IronYorick]

А как Вы выбирали рабочую точку триодов?

Степеней свободы было немного . Еа задано, выходное напряжение и сопротивленив драйвера тоже, зависимость тока сетки от напряжения определена экспериментально, как и параметры нагрузки (трансформатора). Полученный режим оптимален по параметрам и по результатам прослушивания. Подтвержден вывод коллег, что 31 "раскрывается", если "жару поддать" ей.

Пытались использовать конструкцию в связке с усилителем и акустикой?

Да, в том числе, и как самостоятельный УМ, на 4А32 Онкен +1А22 с дудками. При чуйке 97 дБ комнату 16 кв.м озвучивает комфортно, для вечернего прослушивания. И с очень хорошим тональным балансом, в.т. на НЧ (когнитивный диссонанс -этакая "писявка" басит, как взрослая, и на 150 мВт )
(опять энерговооруженность БП? Ю.Макаров прав ? )

[323f]

Понял, спасибо.
 А отбор ламп пришлось проводить?

[IronYorick]

Понял, спасибо.
 А отбор ламп пришлось проводить?

Надо подбирать. Лампа, впрочем, качественная, разброс небольшой, мешок не потребуется

И еще по звучанию. Я в ходе монтажа грохнул РСМ5102, выписал замену, как приедет - смогу сделать демо-запись через законченный аппарат, если кому-то будет интересно, конечно. Без акустики, разумеется, просто на вход АЦП дам, не знаю, правда, что оно там передаст

ЗЫ Есть у 6с31б приятный бонус - в силу малых габаритов лампеха прогревается быстро, звук "раскрывается" буквально через пару-тройку минут.

[IronYorick]

Приехала наконец замена погорельцу РСМ5102, вживлена на место. (Доехала за 10 дней, а месяц китайса муму тянул )
Завтра окончательно соберу корпус и похвастаюсь
Все же 5102 няшка, все вместе поет  Триодик его норов укрощает чуток, Жака Лусье выключил через силу... Таки зачетно вышло

[Volga]

Любимой и терпеливой жене посвящается

Вот это нравится,остальное-тлен

[IronYorick]

Павел, кстати с этой платкой я постфильтры оставил - в этот раз номиналы по ДШ, пес ними, пущай висят. Вместе приехала еще младшая сабелька (9023), буду вытягивать шину с первой платы (ныне конвертора). Китаец схему так и не дал, придется реверс-инженерить

[Volga]

Павел, кстати с этой платкой я постфильтры оставил

На схеме твоей нет постфильтра.
З.Ы.я сейчас ЦАПчик этот слушаю-нравится. Неужто транс.каскадик триодный меняет характер звука?
З.Ы.Я на 6п9 буду делать

[IronYorick]

На схеме твоей нет постфильтра.

Ну я и уточнил, что с новой платой я их оставил (токи сеток 6с31б в этом режиме и этом напряжении на входе пренебрежимо малы). И, если честно, в видах неупрезервативления второй платы, и светодиоды не стал вытягивать по-новой, закрыл их отверстия шильдиком. Собственно, информация о сэмплрейте не так, чтобы жизненно необходима, да и из дизайна они выпадали.
 

Неужто транс.каскадик триодный меняет характер звука?

Он и должен менять, в смысле - не обязан, а это объективная реальность параметров каскада На мой ух - в данном случае, перемены к лучшему

и добавил...
Вот и готов проект полностью, крышки закрыты, батарейки заряжены
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)


и добавил...
Шильдик - ЛУТ по алюминию, травил "Кротом"

[Volga]

 

[IronYorick]

Спасибо, Павел
Самому нравится