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2020年10月23日金曜日

OPアンプ比較 周波数特性とステップ応答 低電圧品

低電圧駆動のOPアンプの特性を比較しました。最大電源電圧に制限があるため、電源電圧を±2.5Vに下げて測定しました。


NJM4580DD 参考
NJM2732D フルスイング
AD8532A フルスイング
NJM2137D 高速・超広帯域
TDA1308 ステレオヘッドホンアンプ

TDA1308は製品区分としてはヘッドホンアンプICとなっていますが、普通のDual Opampと同等の動作をします。

非反転増幅回路で、帰還抵抗は18kΩ:2kΩで利得20dB、負荷抵抗RL=2kΩとして測定しました。

電源はAnalog Disocovery 2のSupplyから±2.5Vを出力しています。

周波数特性


Analog Disocovery 2のNetwork機能を使っています。20dBの利得なので出力が振り切れないよう、入力は±100mVppとしています。

NJM4580DD

NJM2732D

AD8532A

NJM2137D

TDA1308


ステップ応答


Analog Disocovery 2のWavegen機能とScope機能を使っています。Wavegenで100kHz/±100mVppの矩形波を入力しています。

NJM4580DD

NJM2732D

AD8532A

NJM2137D

TDA1308

高速、超広帯域のNJM2137DはLME49720に特性の傾向が似ていますね。
 

2016年1月12日火曜日

2出力のヘッドホンアンプ TDA1308 & OPA2134編 いろいろ測定


フロントパネルの穴あけ加工をして完成!

特性を測定してみた。


OPAMPを2個挿せるので、一つはTDA1308、もう一つはOPA2134にした。OPA2134は仕様では電源電圧は±2.5Vとなっているので、単3×3の4.5Vの分圧では一応仕様外になる。

まともなヘッドホンをつないで壊したらいやなので、負荷にはダイソーで買ってきたイヤホンをつないで測定した。

DCオフセット

出力にACカップリング用のCを入れていないので波形にDCオフセットが出ていないか見てみた。

TDA1308

ch1:iPadからの出力 ch2:ヘッドホンアンプからの出力

(1)V: 11.34mv
(2)V: -4.684mv
V:は電圧の中間値

OPA2134

(1)V: 9.447mv
(2)V: 2.263mv

どちらも入力の方がずれてるので問題ないかな?

歪率

iPad3のアプリのFunction Generatorで1kHzのSin波を約1Vp-pになるように出力し、今回製作したヘッドホンアンプを通して、こちらも1Vp-pになるようにボリュームを調節してAudio I/F(TASCAM US-144MKII)に入力して、WindowsのWaveSpectraで測定した。

入力(iPadからの出力)

THD:   0.03121%
THD+N: 0.05850%
RMS:   -7.05dB

無負荷(イヤホンをつながない)

TDA1308

THD:   0.03073%
THD+N: 0.07241%
RMS:   -7.05dB

OPA2134

THD:   0.03088%
THD+N: 0.05986%
RMS:   -7.00dB

歪はほとんど変わらないが、ノイズレベルはOPA2134の方がかなり低いようだ。RMSが0.05dBぐらい違うが、非反転増幅回路の定数のRの誤差だとかそんなもんだと思う。

負荷あり(イヤホンを接続)

TDA1308

THD:   0.04753%
THD+N: 0.14744%
RMS:   -7.18dB

OPA2134

THD:   0.02924%
THD+N: 0.05429%
RMS:   -7.05dB

イヤホンをつなぐと歪率もかなり差が出る。やっぱOPA2134は優秀ですなあ。

ステップ応答

矩形波だけのファンクションジェネレーターを作ったのでステップ応答を見てみた。

負荷なし(イヤホンをつながない)

TDA1308

ch1:入力 ch2:出力

Rise Time: 190.0ns

OPA2134

RT:130.0ns

OPA2134は相当振動が出ている。立ち上がりの速度はOPA2134の方が若干速いようだ。

負荷あり(イヤホンを接続)

TDA1308

Rise Time: 210.0ns

OPA2134

Rise Time: 130.0ns

イヤホンを繋いでも傾向は変わらない。横軸は500ns/divで振動の周波数は800ns程度なので、逆数をとって1.25MHz程度になる。完全に可聴帯域外なのでこの振動は無視してかまわないのかなあ?

可聴帯域の20kHzはこの縮尺だと100マスになる。

インパルス応答

これも矩形波だけのファンクションジェネレーターから出力した。16MHz駆動でPWMの最小のパルス幅で矩形波を出力している。

負荷なし(イヤホンをつながない)

TDA1308

Delay(Rising Edge):  120.0ns
Delay(Falling Edge): 40.0ns
↑逆かも?

OPA2134

Delay(Rising Edge):  260.0ns
Delay(Falling Edge): 650.0ns

ぱっと見の波形だとOPA2134の方が相当ひどいんだが。TDA1308の方は暴れがほとんどない。

負荷あり(イヤホンを接続)

TDA1308

Delay(Rising Edge):  120.0ns
Delay(Falling Edge): 50.0ns

OPA2134

Delay(Rising Edge):  240.0ns
Delay(Falling Edge): 60.0ns

聴いた感じ

今日は耳がつかれているのでちゃんとした聴き比べはできないが、POPSだとどっちで聴いてもぜんぜんわからない(^q^;

スマホ直と比べると低音の出方が違うのでわかるが、OPAMPの品種の差はかなり気合を入れてやらないとわからないかもしれない。

メモ:

耳で聞いてわかるレベルのノイズを拾うみたいだ。Rの値が高すぎたかな?プラグの接触不良かどうか不明だが。<追記:2016.02.03>どうやらスマホ(huawei p8lite)が出してるノイズのようです。</追記>

ケースにアースをとったほうがいいか?アルミとプラの筐体だしどうしたらいいんだろう(^q^;

2016年1月9日土曜日

2出力のヘッドホンアンプ TDA1308編 はんだ付け完了

また帰還のところのRの入れ方を間違えたままはんだ付けしてしまった(^q^;;
ちまちま修正して基板は完成(^q^/

部品面

今回はケース内のスペースを節約するためにステレオミニジャックやPOTを基板取り付けタイプのものを使った。POTはスイッチ付のやつで電源スイッチのスペースも節約。デカップリング用のケミコンもアルミ電解ではなくOSコンにした。ずいぶん節約できたと思う。

また、ICソケットは丸ピンだと抜き差しが固くてOPAMPのピンが曲がってしまうので、平ばねのものにした。なんか丸ピンの方が信頼性が高いらしいがピンを曲げてしまうよりましだ。

はんだ面

2層目には6mmφのポリウレタン線を使った。(ちょっと太い)

ポリウレタン線は「リズムマシン」で使ってみたが、コミケに持っていく道中で配線が1個とれてしまった。おかげて展示品のLCDの表示があやしくなってしまってしょんぼり。

今回はアナログ回路なので多少太いものにしてみたが、ハンダの中に埋め込んで導通させるという風になってしまい気分的に良くない。ちゃんと導体同士を接触させてはんだで固めたいんだけど自分のテクニックではうまくいかない。

あと、被覆のポリウレタンをはんだ付けの途中で熱で溶かしてしまったのかひっかけて剥いてしまったのか、いらんところでショートしてしまった。下のすずメッキ線の上にカプトンテープを貼って絶縁してしのいだ。

基板の縁にもカプトンテープを貼って絶縁&保護しておいた。

ジュンフロン線や普通のビニールの被覆のやつだと配線が込み入ってくるとはんだ付けがかなり煩雑だし、導体同士を接触させにくいのはポリウレタン線と同じだ。(こういうとき、銀入りのハンダを使えばいいのか??)

ケースへ収納

ケースはタカチのMX2-8-10で、単3×3(4.5V)とあわせてちょうど収まった。消費電流は30mA程度なので相当持ちそう。エネループだと1900mAhなので、50mAとしても38時間。

デカップリングコンデンサは今回はOSコンの100uFにしたがもう一回り大きいのも載せられそうだ。

フロントパネルの試作

位置合わせのために塩ビの板で試作した。仕様より1mmぐらい大きめに穴を開ければ収まりそうだ。

スマホとのサイズ比較


回路図

基板図

まとめ

普通に曲を流して音出しはしてみたが特性はまだ測定していない。フロントパネルを加工しつつ測定していきたいと思う。

非反転増幅回路一発なのでほとんどchumoyだが、2出力それぞれにOPAMPを割り当てているのが今回の製作のキモ。

OPAMPの聴き比べなら同一のジャックから出力してスイッチで切り替えられるようにしたほうがいいが、二人で聴けるということを重視した。

このヘッドホンアンプを使うメリットとしては

音がでかくなる。
iPadならそこそこ出力レベルが高いがAsus MemoPad7やHuawei P8liteは出力レベルが低い。二人で聴こうと思って分岐プラグを使うと多分かなり減衰すると思う。

電源が別。
デジタル回路の塊のスマホ本体と出力段のアナログ回路と電源を分けられる。気分的な問題かもしれないがノイズは抑えられそう。

オペアンプを差し替えられる。
オペアンプ1発しか使っていないのでオペアンプの特性がストレートに現れると思う。ヘッドホンや聴く曲の相性があるので、高けりゃいいというものでもない。ケースを開けて別に電源を用意すれば駆動電圧が±2.25V以上のオペアンプも試せる。

モバイルバッテリーとして使える(オプション)
今回はスペースの都合で実装しなかったが、USBジャックをつけられればモバイルバッテリーとして使えそうだ。(5V出ないので臨時的なものだが)


甥っ子にあげるつもりで作ったが、なんか自分でも使いたいのでもう1個つくるかも?

2年前一番上の甥っ子にあげたヘッドホンアンプよりかなりコンパクトに作れたと思う(^q^/




2015年12月27日日曜日

2出力のヘッドホンアンプ TDA1308編

部品がそろったのでケースに収まるかならべてみた。

POTはスイッチ付の2連、入出力は3.5φの基板取り付け型でスペースを節約。

単三3本で4.5V単電源をTLE2426で両電源化、2出力のそれぞれに非反転増幅回路を割り当ててみるというもの。

ケースはタカチのMX2-8-10をとりあえず買ってみた。



基板図

スペース優先にしたので2層じゃないと無理な感じになってしまった。

はんだ付けはまだしもちゃんとケースに収められるかどうか(^q^;;;

2015年12月13日日曜日

TDA1308の周波数特性

この間TDA1308の反転増幅回路でデータをとっていたのでの周波数特性をまとめてみました。

テスト回路

2chの反転増幅回路(増幅率:47k/12k=3.916倍)ですが、1chのみR1のPOTを調整して大体入出力が同レベルになるようにして計測しました。

なので多少誤差要因は増えていると思います。

iPad3のFunction Generatorでサイン波を出力して、オシロで測定した値を手作業でプロットしてグラフにしてみました。

入出力データ

周波数特性

回路の入力部にACカップリング用の1uFのCが入っているので20Hzで-0.6dB程度になっていて、全体の増幅率が0.6dB程度なので合わせて-1.2dB低下しています。ここを2.2uFにすればもう少し改善されると思いますが、Cの外形が大きくなるのでサイズとの兼ね合いです。

負荷抵抗を入れずに計測したので、この回路の場合U1.1の反転端子がGNDレベルになるのでC1とR2がHPFを構成してfc=13Hz程度になるので測定値とだいたいあってると思います。(10Hzまで計測すればはっきりする?)

ACカップリングの影響を除くと5kHz~8kHzが少々暴れていますが入力も暴れているので測定誤差かな?

ヘッドホンアンプは反転増幅回路ではなく、非反転増幅でやるつもりなので一応メモ。

測定データ