Линейный блок питания для ЦАП Topping D50 и других
Вы купили новый прекрасный ЦАП на просторах китайкой народно республики, вскрываете коробку, а внутри лежит, нечто напоминающее зарядку от телефона.
И это та самая штука, что должна обеспечить ваш ЦАП хорошим питанием, для получения максимального качества звучания?
А есть примеры и более интересные, когда вы открываете коробку с ЦАП Topping D50, а блока питания внутри вообще нет, только указывается, что нужно обеспечить питание 5V 1A и лежит короткий проводок посредством которого вы можете взять питания для ЦАП с USB-порта вашего компьютера.
Качественное питание заметно влияет на качество звучания – такие эксперименты проводил и я – смотрите видеообзор ЦАП SU0 XMOS U8 на AK4490 и конечно же другие любители Hi-Fi.
С хорошим питанием в ЦАП SU0 заметно повышалась ясность звучания.
В тот раз я специально для SU0 соорудил самодельный линейный блок питания, о чем рассказывалось в обзоре ЦАП и его питание .
SU0 требовалось 9 вольт, и это было достигнуто использованием стабилизатора LM7809.
ЦАП SU0 у меня давно уже нет, но возникла проблема с новым ЦАП Topping D50, с которым в комплекте не было никакого блока питания.
Я попробовал разные телефонные зарядки – они ожидаемо звучали удручающе мутно, поэтому решил переделать старый линейный блок питания с 9 на 5 вольт.
Посмотрите на прежнее творение очумелых ручек – часть конденсаторов (шунтирующих) с обратной стороны платы.
А теперь вопрос, что нужно сделать, чтобы переделать этот блок питания с 9 вольт на 5?
Заменить стабилиpатор LM7809 выдающий стабилизированные 9 вольт на стабилизатор LM7805 выдающий стабилизированные 5 вольт.
Работа стабилизатора LM78xx проста – вы подаете на него постоянное напряжение, а на выходе получаете заявленное значение.
Только имейте ввиду, что сам чип LM7805 потребляет от 1 во 2,5 вольт, в зависимости от нагрузки, поэтому можно считать, что для его нормальное работы, чтобы он выдал заявленные точные 5 вольт нужно подать на него напряжение минимум 5+2 = 7 вольт, а лучше и 8.
R-Core трансформатор лежащий в основе моего линейного хенд-мейд блока питания имел выводы на 9 вольт 0,8А.
Соответственно когда он использовался в линейном блоке питания (ЛБП) на 9 стабилизированных вольт, как это получалось?
Трансформатор выдает 9 вольт, но переменного тока, а стабилизатору LM78xx, да и вашему ЦАП нужен постоянный ток на 9 вольт, поэтому после трансформатора мы должны преобразовать переменный ток в постоянный.
Для этого используется диодный мост, который разруливает положительный и отрицательный ток по разным направлениям, в результате после него мы получаем выпрямленный ток с + и – на конкретных проводах. В результате преобразования переменного тока в постоянный значение напряжения увеличивается на 1,4142 разу. И следовательно скромные 9 вольт переменного тока превращаются в 9*1,4142=12,7 вольт постоянного тока.
Что происходило ранее в ЛБП.
После диодного мостика стабилизатор LM7809 получал 12,7 вольт. 2-2,5 вольта ему нужно было для своей работоспособности, соответственно оставались лишние 12,7 -2,5 (работа LM7809 – 9 вольт стабилизированного) =1,2 вольт, а учитывая, что сила тока 0,8 А, то это была мощность в 1,2*0,8=0,96 или 1 ватт, которые рассеивались в воздух через радиатор. 1 ватт – это мало, и используемый радиатор был чуть теплый.
Но посмотрите, как изменилась задача – в существующей схеме мы хотим заменить лишь чип LM7809 на LM7805.
Теперь 12,7 вольта трансформатора будет потрачено на 2,5 вольта работы + 5 вольт стабилизированного питания итого:
12,7 – 5 -2,5 = 5 вольт * 0,8= 4 ватт
Теперь нужно будет рассеивать уже 4 ватта тем же радиатором.
И здесь уже я столкнулся с тем, что радиатор стал греться так сильно, что я с трудом мог держаться за него больше 30 секунд.
Я решил, что запас прочности работы стабилизатора заложен высокий, поэтому пусть греется, а “итак сойдееет!”
В результате через небольшое время – несколько дней на попытку включения ЦАП Topping D50 я не увидел приветственных надписей, ЦАП не включался. Я замерил ЛБП и ожидаемо обнаружил, что напряжение на его выходе нет – блок питания сломался.
Я посмотрел в закромах на предмет нахождения более мощного радиатора и нашел радиатор, который когда-то охлаждал транзистор в усилителе Вега У-122С, но попытка засунуть его в тонкий корпус от CD-ROM оказалась неудачной.
Так как повторить конструкцию не составляет никаких сложностей, я решил сделать все с нуля в корпусе от компьютерного блока питания.
А раз так, то и трансформатор я взял другой – ТПП-261.
В нем можно было объединить пару обмоток по 2,6 вольта 0,475 А.
Я объединил последовательно две обмотки 19-20 и 21-22 получив 2,6+2,6=5,2 вольт переменного тока, но посчитал, что и сила тока двухкратно увеличится до 0,475+0,475 = 0,95.
Это НЕВЕРНО.
При последовательном соединении обмоток (конец одной обмотки соединяем с началом другой, а напряжение снимаем с краев объединенной обмотки) напряжение обмоток суммируется, но сила тока остается неизменной.
В итоге я получил 5,2 вольта но с все теми-же 0,475А, а для Topping D50 нужно 1А (хотя и на 0,8А работало).
Есть другой трюк – параллельное соединение обмоток – тогда при параллельном соединении обмоток (они должны быть одинаковые, на одинаковое напряжение) напряжение не изменяется, а вот сила тока суммируется. Как видите, такого варианта, чтобы и напряжение и ток суммировались одновременно нет, или то, или другое.
Эту ошибку я не сразу понял, а собрал блок питания, замерил – ЛБП выдавал 4,8 вольта. Да, немного меньше 5, но у LM78хх есть определенная погрешность точности, а может и напряжение немного не хватило, ведь:
7,35 – 2,5 на работу чипа-5=-0,146
Как видите, конструкция получилась ошибочной.
Я включил Topping D50, он заиграл, и довольно хорошо, но через 30-60 секунд вдруг выключился.
Я снова включил – та же история.
Я не понял проблемы, ибо ошибочно считал, что сила тока 0,95А и решил, что используемый трансформатор не совсем исправен.
Поэтому я подобрал другой, еще менее мощный (а для ЦАП больших мощностей и не требуется) – ТПП-247, зато более маленький и аккуратный, вообще проигнорировав силу его тока, ослепленный парой обмоток с требуемым в сумме напряжением 2,59+2,58=5,17 вольта.
А вот сила тока была лишь 0,223А и как вы понимаете, последовательное соединение обмоток 19-20 + 21-22 увеличивало (суммировало) лишь напряжение, но не ток.
В итоге я собрал снова линейный блок питания – замерил напряжение на выходе мультиметром и получил 4,8 вольта.
Подключил к Topping D50 и ЦАП даже не захотел включаться и тут то, что-то и щелкнуло в моей голове и я посмотрел на силу тока, которая была в 5 раз ниже требуемой.
Сила тока – это работа, которую можно выполнить, но в данном случае такой хилый работник был неспособен включиться даже слабенький по потреблению ЦАП.
В третий раз, устав уже разбирать свой хендмейд блок питания, и жадничать, я взял уже приличный трансформатор ТПП-268.
Сила тока этого источника питания 1,62А, с запасом для Topping D50.
Я объединил обмотки последовательно 19-20 + 21-22 и получил 5,12 вольта или 5,12*1,4142=7,24 вольта выпрямленного тока.
Итого на выходе получилось опять 4,8 вольта.
Включив Topping D50 я наконец смог спокойно слушать его в качестве, а блок питания не грелся.
Я думаю, кто-то сейчас скажет – фу-фу-фу использовать LM78xx, нормальные люди делают на транзисторах и тд.
На самом деле есть разные подходы, цель которых – получить стабилизированное питание.
LM78xx прекрасно подходит для случаев, когда потребителю нужен ток в пределах 1 Ампера. Даташит указывает, что максимум 1,5А для LM78xx.
Т.е. очень большое количество устройств будут отлично работать с LM78xx и “лучше” им не нужно.
А что такое “лучше” – давайте разберемся.
Смотрите – вы радиолюбитель-производитель, решили выпускать линейный блок питания.
Вы его делаете на LM7805 для 5 вольт 1А.
Но новый заказчик просит вас ЛБП на 9 или 12 вольт.
И вы паяете новые радиокомопоненты на плату + приходится думать о тепловыделении, о перекоммутации обмоток трансформатора и тд, и в какой-то момент вы решаете отказаться от такого варианта ради универсальности.
Вы ставите транзистор и используете другую схему, и теперь вы можете подстроечным резистором задавать нужное напряжение, но вы при этом, раз уж универсальность, и радиатор и трансформатор ставите с запасом на большие значения, а значит покупатель будет просто переплачивать за универсальность, которая ему не нужна до кучи оплачивая и избыточно мощный трансформатор и радиатор и более емкие конденсаторы получая в итоге тот-же результат.
Главный плюс транзисторных схем линейного блока питания – возможность дать потребителю большую силу тока.
Если ваше устройство требует 2-3-5А, то LM78xx вам просто не подойдет по параметрам – он стабилизирует ток с силой не более 1-1,5А.
Можно ли улучшить использованную мной схему линейного блока питания – конечно. Добавить ЕМИ-фильтр, перекоммутировать вторичные обмотки дав немного больше запаса по напряжению и тд – здесь уже наступает элемент творчества.
Но если вы не радиолюбитель и хотите получить блок питания, на который не страшно смотреть и встретив его в темноте вы не обделаетесь, то прекрасным решением будет покупка линейного блока питания в Китае – там все будет красиво и хорошо – заводские платы, красивые корпуса, дисплеи с подсветкой, но и цена будет не 3 копейки, как у самоделки – тут уже выбирать вам.
Оставьте первый комментарий
Оставить комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Источник
Линейный блок питания для цап своими руками
ЦАП — своими руками
Автор: CODE43
Опубликовано 12.09.2012
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2012!»
Итак, прежде всего, хочу выразить большую благодарность хорошему человеку (в целях конспирации не называю, кто это :)), который в рамках новогоднего проекта Кот-Мороз 2012 прислал мне подарок. Кроме прочих полезностей, внутри обнаружился чип PCM1794 от Burr-Brown. Здоровый интерес взял верх, и я, отложив в сторону все, чем занимался до этого, начал искать информацию о том, что это такое и с чем его едят. Выяснилось, что данный чип применяется для построения высококачественных цифро-аналоговых преобразователей, которые преобразуют цифровой аудио-поток в аналоговый аудио-сигнал с максимально возможным качеством. Также выяснилось, что подобные устройства от ведущих производителей (Cyrus, Cambridge Audio, Hegel и др.) стоят очень немалых денег, как и сам чип не дешевый. Интерес возрос вдвойне – за что аудио-маньяки и аудиофилы готовы отдавать бешеные деньги – за красивую оболочку и дизайн или все-таки за действительно качественный звук?
Данная область электроники для меня оказалась новой и, чтоб сильно не углубляться в дебри цифро-аналогового преобразования (как выяснилось потом, углубиться все-таки пришлось), решил сначала поискать в сети готовые самодельные конструкции ЦАП. Прежде всего, искал конструкции с применением имеющегося у меня чипа. Как выяснилось, данная тема активно развивается на разных форумах о качественном звуке (в частности – Вегалаб). Просмотрев несколько схем, отчаялся – так как, мне оказалось проблематично на территории Украины приобрести необходимые комплектующие. Но, как это часто бывает, чисто случайно наткнулся на один забугорный ресурс [1], где оказалось много конструкций ЦАП. Из описанных там отдельных модулей удалось собрать единую схему ЦАП, к которой нашлись комплектующие в доступных мне Интернет-магазинах и базах (пришлось заказывать из нескольких). Об этой конструкции и хочу рассказать.
Большинство современной аудио-аппаратуры имеет выход для передачи цифрового аудио-потока, именуемый S/PDIF. Также цифровой выход может присутствовать в звуковых картах для ПК и материнских платах. Есть он и в старых моделях компьютерных CD-ROM (с кнопками Плей/пауза, стоп, в некоторых моделях еще и с переключением треков).
Данный стандарт был разработан компаниями SONY и PHILIPS и расшифровывается как Sony/PhilipsDigital Interface. Является совокупностью спецификаций протокола низкого уровня и аппаратной реализации, описывающих передачу цифрового звука между различными компонентами аудиоаппаратуры. Цифровой сигнал может передаваться по коаксиальному 75-омному кабелю (выход обозначается COAX) или по оптоволоконному кабелю (выход обозначается TOSLINK или OPTICAL) (рис.1). Оптический выход обычно закрыт заглушкой.
Рис.1
Формат S/PDIF подразумевает передачу цифрових аудио сигналов от одного устройства к другому без процедуры преобразования в аналоговый сигнал, что позволяет избежать ухудшения качества звука.
Схема.
Предварительно нарисовал блок-схему ЦАП (рис. 2):
Рис. 2 блок-схема ЦАП
S/PDIF to I2S receiver – это приемник/преобразователь цифрового аудио-потока из S/PDIF в двунаправленную асинхронную шину с последовательной передачей данныхI2S (Inter-IC Sound or Integrated Interchip Sound), может иметь в своем составе несколько цифровых входов, которые коммутируются программно или хардварно, цифровой фильтр, подавление джиттера, и еще много чего полезного. Данные из шины поступают, собственно в сам ЦАП (DAC), где и преобразуются в аудио-сигнал. Выход ЦАП – дифференциальный, токовый. Далее сигналы левого и правого каналов поступают в преобразователь ток/напряжение (I/U+ single-endedout) и после него – на выход устройства, которое имеет несимметричный заземленный выход. После него стерео-сигнал можно подавать на предварительный усилитель или усилитель мощности. Следует заметить, что усилитель мощности и акустика должны быть если не HI-END качества, то близкого к нему. Каждое из устройств этой блок-схемы имеет свой собственный высококачественный источник питания (особенно это касается аналоговой части). Это нужно для исключения взаимного проникновения помех, которые могут возникать при работе отдельных модулей устройства.
Рис.3 Принципиальная схема ЦАП
В данном случае реализован аппаратный метод управления. Для этого 26 ножка SDOUT микросхемы подключена через резистор R38 на корпус. В этом режиме функции чипа ограничены, но зато не требуется подключения внешнего управляющего контроллера. Микросхема IC2 — это супервизор питания для микросхемы декодера. С выхода микросхемы преобразованный цифровой аудио-поток через резисторы R27-R30 поступает в шину и, далее, в микросхему ЦАП ІС1, при этом имеется возможность выбрать джамперами JP8 и JP10 один из четырех форматов: 24-bit I2S, 24-bit right-justified, 24-bit, left-justified, Direct AES3. Джамперы JP1-JP4 служат для конфигурирования микросхемы ЦАП. С выхода ЦАП сигналы левого и правого каналов через преобразователи ток/напряжение на резисторах R7-R10 приходят на входы малошумящего операционного усилителя TL072 (U5)и далее, через токоограничивающие резисторы R19, R20 – на аудио-выход ЦАП.
Рис.4 Блок питания ЦАП
Блок питания построен с применением маломощных стабилизаторов с малым падением напряжения серии LE00 от ST. Стабилизаторы U6, U7, U8 питают микросхему декодера, U1, U2 – микросхему ЦАП, U3, U4 – операционный усилитель.
Этот ЦАП был собран исключительно ради эксперимента и для того, чтоб услышать как оно звучит (о прослушивании и впечатлениях ниже). Один мой коллега, услышав звук, издаваемый этим устройством, загорелся желанием собрать себе такой же, но чипа PCM1794 так и не удалось найти в продаже – только под заказ, и только с бешеными накрутками (в одном интернет-магазине цена под заказ была в районе 80$). Но не беда – в свободной продаже нашелся чип WM8740 от Wolfson – это также 24-битный ЦАП с частотой дискретизации до 192кГц, и почти на порядок дешевле. Эта микросхема успешно состыковалась с входной частью предыдущей схемы, в итоге имеем еще одну схему ЦАП:
Сборка и настройка
Оба ЦАП выполнены на печатных платах из двухстороннего стеклотекстолита – на одной стороне дорожки, на второй оставляем слой фольги в качестве экрана и соединяем его с общим проводом.
(Здесь на рисунках ПП видны артефакты преобразования – это результат вытягивания рисунка ПП из KiCad. В самом проекте KiCad файлы ПП нормальные)
Монтаж выполняем в такой последовательности: сначала собираем источники питания – впаиваем все диодные мосты, фильтрующие конденсаторы, стабилизаторы. Вместо стабилизаторов серии LE00 можно использовать стабилизаторы серий L78Lxx, UA78Lxx. Затем подключаем сетевой трансформатор. Трансформатор используется тороидальный мощностью 6 -10 Вт с напряжениями на вторичных обмотках 9В и 12Вх2 (Я когда заказывал эти трансформаторы – подходящего по мощности и напряжениям в наличии не оказалось. Пришлось заказывать два меньшей мощности и перематывать вторички на нужное напряжение. Это, кстати самая дорогостояща деталь в этой конструкции).
Далее включаем в сеть и проверяем напряжения на стабилизаторах согласно схеме. Если нет спецэффектов и все напряжения в норме, двигаемся дальше (спецэффекты могут быть, если неправильно впаять 79L12 – у них расположение выводов отличается от 78хх).
Собираем входную часть – впаиваем микросхему декодера CS8416 с обвязкой, входные цепи – входной трансформатор, оптический приемник с соответствующими элементами. Тут нужно сказать несколько слов о трансформаторе и оптическом приемнике. Погуглив примененные в (1) эти изделия, понял что приобрести их не удастся. Только под заказ и только по зверским ценам. Будем применять то, что удалось найти. Входной трансформатор был выдран из какой-то ВЧ платы made in USSR. Параметры его не определялись – был впаян как есть. Ориентировочно – это ферритовое кольцо типоразмера 10х6х6, скорее всего из ВЧ феррита. На нем намотаны две обмотки проводом 0,1мм в шелковой изоляции в количестве 15 – 20 витков каждая. Оптический приемник ищется в Интернет-магазинах по кодовому названию GQ-04 и стоит в районе 2$. Если вы попытаетесь найти какой-либо даташит на это произведение китайской промышленности, и даже если вам это удастся – не верьте! Во всем, что мне удалось найти неправильно указано расположение и цоколевка выводов, причем во всех по разному. Методом великого Научного Тыка было определено правильное подключение, — оно нарисовано во второй схеме ЦАП.
Согласно таблице конфигурируем перемычками микросхему декодера:
Источник
