KH-Verstärker mit TPA6120A2 - Was tun gegen DC Offset?

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cynric
Inventar

#1 erstellt: 27. Jun 2007, 16:12

Hi!
Ich habe mir einen Kopfhörerverstärker mit NE5532 als Buffer für unbalanced bzw Balanced->Unbalanced Wandler und einem TPA6120A2 (Gain 3.2) als KH Treiber gebaut. Zwischen beiden Verstärkern sitzt ein 10kR Lautstärkepoti. Beide Verstärker sind nicht-invertierend beschaltet.

Meß- und klangtechnisch liefert das Ding sehr gute Ergebnisse ab (THD 0.0031 @ 32R Last, <0.00013 ab 150R), nur leider habe ich einen kleinen DC Offset auf dem Ausgang. Dieser ist sowohl von der Potistellung als auch vom Gain des TPA abhängig und geht bei Gain 3.2 und 2 Uhr Potistellung bis ~60mV (vor und nach 2 Uhr sinkt er wieder). Bei (experimentellem) doppeltem Gain verdopptelt sich auch der Offset.
Ich habe als Notlösung vor den Ausgang 2 entsprechend große zwischenschaltbare Elkos zur AC Kopplung gesetzt. Ich persönlich kann keinen Unterschied mit und ohne Elkos hören (die Meßergebnisse ändern sich auch nicht merklich), allerdings würde ich gerne (im Hinblick auf die 'Gesamtqualität') auf das Einschalten der Elkos verzichten.

Gibt es eine einfache Lösung für das Offsetproblem? Oder sind die 60mV im deutlich grünen Bereich für Kopfhörer (TI schriebt hier ja was von bis zu 100mV als akzeptablen Wert im Datenblatt)?

Danke!

KSTR
Inventar

#2 erstellt: 29. Jun 2007, 19:06

Hallo

Lt. Datenblatt hat der Chip 5mV max. Input Offset Voltage, also sollte mit G=+3.2 (Rf=2.2k, Rg=1k ??) nicht mehr als 16mV entstehen (unter der Annahme, dass die 5532 nichts dazu beitragen?). Allem Anschein nach liegt das Problem aber im Input Offset Current (den man ja bei Current-Feedback OpAmps nicht direkt angeben kann), d.h. eigentlich im Bias Current für den +IN. Durch die sich ändernde Impedanz (Poti, DC-gekoppelt) ergibt das einen sich ändernden Spannungsabfall, der als Input Offset Current verrechnet werden muss.

Abhilfe: Konstante DC-Impedanz am +IN. Also mit einem R nach Masse einen DC-Pfad für den Bias herstellen, den Poti-Schleifer aber mit einem Folien-C abkoppeln (und eigentlich vor dem Poti noch einen C, damit es nicht kratzt wg. Offsets vom 5532). Der R sollte nicht zu groß werden (~1kOhm). Entspr. große Cs (Fg < 2Hz im Idealfall). leider. Durch die Last vom R geht dann evtl. ein Lin.Poti besser. Der 5532 kann 1kOhm nocht gut treiben.

Die beste Lösung ist übrigens statt dem R eine L+R Serienschaltung, L muss halt so bemessen sein, dass die Impedanz bei Audiofrequenzen hoch genug wird (kleiner R, 100R, dient zum Abkoppeln der Spule).

Bleibt noch was übrig, dann hilft nur externen Offset-Trim (z.B. kleinen Konstantstrom am -IN einspeisen).

Oder das Poti als R-Shunt-R-Glied gleich im Eingang.
Oder DC-Servo über dem TPA.
Oder .... gibt viele Möglichkeiten...

Grüße, Klaus

cynric
Inventar

#3 erstellt: 29. Jun 2007, 22:27

Hallo Klaus,
danke für die Antwort!

laut Handbuch des Evaluation Modules für den TPA zieht der chip bis zu 12µA an input bias. Der offset ist entprechend vom R zwischen In+ und Gnd abhängig.
Was mich jetzt aber verwirrt, ist das mein Offset bei höherem Widerstand wieder abnimmt. Bis 12Uhr liegt mein Offset unter 20mV, steigt dann bis 2 Uhr auf 55mV und fällt danach sofort wieder ab. Ab 4 Uhr bleibt er dann wieder unter 20mV... Wenn ich den Input Bias Current als Quelle des offsets korrekt verstanden habe, müsste der Offset doch aber stetig mit der Potistellung steigen.?
Beim 5532er kann ich keinen Offset messen (nagut 0.1mV zeigt das multimeter..).
Um am In+ des TPA mit 1kR auf Masse zu gehen bräuchte ich ein C von 100µF; das werde ich wohl nur als Elko bekommen... Dann kann ich eigentlich gleich bei meiner derzeitigen Schaltung mit 1000µF Elko direkt vor dem Ausgang bleiben (dadurch den 5532 nur mit 10k belasten) und da lieber zu entsprechend hochwertigen Cs greifen...
Da ich aber sowieso nur wenige Einzelstücke bauen werde, sollte eine RL Schaltung auch kein Problem sein; könnte ich dabei auf das C hinter dem Poti verzichten?

Poti am Eingang wäre sicher die Einfachste möglichkeit; da ich den Verstärker aber für 2 Eingänge (1 balanced, 1 unbalanced) gebaut habe, bräuchte ich hier für den balanced teil ein 4 kanal poti...
DC-Servo sagt mir nichts (und google brahcte nur Motoren dazu hervor). Was hat es damit auf sich?

Danke+ Grüße,
Jann

KSTR
Inventar

#4 erstellt: 30. Jun 2007, 14:43

Hallo Jann,

cynric schrieb:

Was mich jetzt aber verwirrt, ist das mein Offset bei höherem Widerstand wieder abnimmt. Bis 12Uhr liegt mein Offset unter 20mV, steigt dann bis 2 Uhr auf 55mV und fällt danach sofort wieder ab. Ab 4 Uhr bleibt er dann wieder unter 20mV... Wenn ich den Input Bias Current als Quelle des offsets korrekt verstanden habe, müsste der Offset doch aber stetig mit der Potistellung steigen?

Der wirksame Widerstand ist ja die obere Hälfte parallel zur unteren, d.h. max bei widerstandmäßiger Mittelstellung, d.h. 5k||5k=2.5k . Mal 12µA sind 30mV (input offset), mal 3.2 (gain) sind 90mV. Passt gut zu deinen gemessen 55mV, weil die 12µA bias bzw. 5mV V-offset ja max.Werte sind.

Um am In+ des TPA mit 1kR auf Masse zu gehen bräuchte ich ein C von 100µF; das werde ich wohl nur als Elko bekommen... Dann kann ich eigentlich gleich bei meiner derzeitigen Schaltung mit 1000µF Elko direkt vor dem Ausgang bleiben (dadurch den 5532 nur mit 10k belasten) und da lieber zu entsprechend hochwertigen Cs greifen...

War zu befürchten, besser also das Poti vorn hinmachen.

Da ich aber sowieso nur wenige Einzelstücke bauen werde, sollte eine RL Schaltung auch kein Problem sein; könnte ich dabei auf das C hinter dem Poti verzichten?

Wenn das L+R für DC (also R) << Rmax(poti)=2.5k ist, ja. L wird aber groß und teuer...

Poti am Eingang wäre sicher die Einfachste möglichkeit; da ich den Verstärker aber für 2 Eingänge (1 balanced, 1 unbalanced) gebaut habe, bräuchte ich hier für den balanced teil ein 4 kanal poti...

Würde aber schon gehen, halt etwas mehr Umbau..

DC-Servo sagt mir nichts (und google brahcte nur Motoren dazu hervor). Was hat es damit auf sich?

Ein Regelkreis um den Verstärker, der halt ständig und langsam die Null nachregelt. Typisches Beispiel hier:

http://www.national.com/an/AN/AN-1192.pdf

Grüße, Klaus

cynric
Inventar

#5 erstellt: 04. Jul 2007, 16:03

Danke, Klaus!

Habe jetzt endlich verstanden, warum mein offset wieder fällt - da hätte ich auch selbst drauf kommen können (Ausgangswiderstände vergesse ich irgendwie immer zu berücksichtigen..).

Ich habe mal probiert eine DC Servo aufzubauen; habe dazu das

ActiveLP script benutzt (für multiple feedback filter 2.Grades) und sehr angenehme werte von 100/330nF (bei allen R=680k) herausbekommen. Die Spice Simulation dazu sah ebenfalls gut aus; gutes Frequenzverhalten, invertierter Ausgang. Auf dem Steckbrett kam es allerdings anders: Positive Ausgangsspannung (bei positivem Offset) trotz invertierender Konfiguration

Naja egal... den Versuch wars wert... werde hier noch ein wenig rumprobieren, wenn ich mal zu viel Zeit habe.

Bin mittlerweile bei meinem Backupplan: Habe mir neue Widerstandswerte für den Buffer berechnet, so dass dieser die Grundverstärkung übernimmt und ich den TPA auf Gain 2 fest setze. So habe ich ein absolutes maximal offset von 60mV; die realen Werte dürften deutlich darunter liegen. Meine Ausgangs AC Kopplung lasse ich überbrückbar drin, so kann man sie je nach Laune auch weglassen...
Da hier nur die Widerstandswerte geändert sind, kann ich die Änderungen auch schnell und einfach an meinem aktuellen Board durchführen und muss nichts neues fräsen lassen