smEaton: The small Eaton

Opamp-Verstärker mit BC327/337-Endstufe

Die guten Sound-Ergebnisse des Earle Eaton Amps haben einen Nachteil: die Schaltung ist für eine höhere Ausgangsleistung dimensioniert, sowie für ein fettes Netzteil. Geht das Ganze nicht auch etwas kleiner, und möglichst für Batterie-Betrieb, also so ein richtiger portabler Kopfhörer-Verstärker? Klar, Mann ...

Gleiches Prinzip

Die Grundschaltung bleibt gleich, eine Class AB-Schaltung mit Vorspannung durch Dioden. Da wir nur eine geringe Leistung benötigen (50 bis 70mW sind für einen üblichen Kopfhörer mehr als ausreichend), werden auch nur normale Kleinsignal-Transistoren benötigt. Die Komplementär-Typen BC327 und BC337 sind billig, aber gut, können locker ein paar hundert mA Collektor-Strom ab. Dafür reicht dann auch eine Versorung mit einer geteilten 9V-Spannung aus einer üblichen Block-Batterie. Und da wir gerade noch einige der Transistoren herum liegen haben, können wir auch gleich den schön einfachen Discrete Splitter von sijosae verwenden, der uns dann eine recht symmetrische Versorgung mit kleinem Innenwiderstand bereit stellt.

Die Schaltung entspricht also weitgehend dem Eaton-Amp, bis auf ein kleines Detail: den 220 Ohm-Widerstand zwischen Opamp-Ausgang und dem Endstufen-Ausgang. Wozu?

Das Hauptproblem der Class B und auch immer noch einiger Class AB-Schaltung sind die Übernahme-Verzerrungen im Nulldurchgang. Die Vorspannung durch die Dioden schalten zwar die Endstufen-Transistoren bereits in einen leitenden Bereich, aber wie stellt man sicher, dass gerade bei sehr kleinen Signalen der saubere Nulldurchgang erreicht wird? Behalten wir im Auge, dass wir 'nur' einen Kopfhörer ansteuern, eventuell sogar mit 55 oder mehr Ohm Impedanz, könnte das ein ordentlicher Opamp wie der OPA134 sogar alleine. Und das fädelt der 220 Ohm-Widerstand ein. Er liefert im Bereich des Nulldurchgangs einen Teil des Opamp-Ausgangssignales an den Kopfhörer. Kommt es zu ordentlichen Pegeln, übernehmen die Transistoren der Gegentakt-Endstufe wieder die Arbeit.

Und warum der ganze Aufwand?

Wenn doch ein OPA134 schon alleine einen Kopfhörer ansteuern kann, warum dann noch die Gegentakt-Endstufe? Es ist eine Eigenschaft der meisten Opamps, dass sie um so sauberer arbeiten, je weniger Ausgangsstrom sie liefern müssen. Wir nutzen also die hochwertigen Verstärkungseigenschaften des Opamps und lassen die Gegentakt-Endstufe die Drecksarbeit machen, nämlich die hohen Ströme bei hohen Pegeln liefern.

Design

die Schaltung ist sehr unkritisch in der Auslegung. ein paar Anhaltpunkte trotzdem:

• Die Emitterwiderstände können von 4.7 bis zu 10 Ohm bemessen werden. Je größer, desto stabiler die Schaltung. Ich habe mit 4.7 Ohm keine Probleme festgestellt, selbst bei voller Power über längere Zeit werden die BCs gerade mal lauwarm.
• Hier ist ein Gain von 1 + (10k / 4.7k) = 3 eingestellt. Der Amp ist als Booster für einen Creative Muvo² vorgesehen, daher reicht ein gewisses Anblasen. Soll der Amp Line-Pegel verarbeiten, muss der Gain höher sein, z.B. 15. Dann wäre Rfb = 15 kOhm (statt 10), Rfg = 1 kOhm (statt 4.7).
• Ich kann es nicht über's Herz bringen, nicht meinen geliebten OPA2132 zu verwenden. Er klingt für mich einfach satter und detaillierter als ein NE5532A. Letzterer funzt aber natürlich auch prima.
• Will man die Schaltung mit höherern Versorgungen nutzen, z.B. mit +-9V, sollten die Vorwiderstände für die Dioden auf 6.8 oder mehr kOhm gebarcht werden. Sind halt nur normale Kleinsignal-Dioden, die mit nicht mehr als 100mA belastet werden sollten. Ich würde sogar 20mA als Limit setzen.

Physik

Hier ein Layout für den Verstärker ohne den Splitter für den Virtual Ground. Die Platine ist klein genug, so dass man sie in einem Gehäuse mit den beiden Klinkenbuchsen befestigen kann. Großes Bild durch Klick auf das Bild. Die Datei für Layout-Programm Eagle ist hier zu finden.

Unten dann noch der realisierte Amp auf Lochrasterplatte. Rechts Sijosae's Splitter. Zusätzlich zu empfehlen ist ein 1000uF-Elso über den Eingang des Splitters, um den Wechselstrom-Widerstand des Batterie zu senken. Dankt der Verstärker mit einer satteren Bass-Wiedergabe.

Sound

Kommen wir zu des Pudels Kern: wie klingt dieser Verstärker?

Er klingt großartig! Da der OPA2132 keine Leistung liefern muss, darf er sich auf seine große Stärke konzentrieren, nämlich detailreiche, feinsinnige Abbildung, druckvolle, aber nicht mulmige Bässe und weiche, aber nicht verhängte Höhen. Das hat schon fast etwas Röhren-artiges an sich, was der NE5532A eben so nicht kann. Auch er tut sein Bestes, aber ihm fehlt eben dieser Schub im Keller und der Glanz in den Höhen.

Mit 9V-Versorgung reicht der Ausgangspegel für Kopfhörer mit bis zu 120 Ohm Impedanz, für 55Ohm-Hörer ist der Pegel mehr als ausreichend. Es geht mir dabei mehr um's Hören als um's Zudröhnen. Die Soundqualität übertrifft in jedem Fall bezahlbare kommerzielle Kopfhörer-Verstärker.

Zuletzt noch ein Layout mit integriertem Splitter in diskreter Technik, so dass man die 9V-Batterie direkt verbinden kann. Eine Erzeugung des Virtual Ground mit Widerständen und Elkos führt häufig zu sehr unsymmetrischen Versorgungsspannungen. Auch dazu das Eagle-Layout.

Eine fertige Boardvorlage findet sich in diesem ZIP-File.

Uwe Bielz' smEaton

Eine Version des smEaton in einem DLT-Cassetten-Gehäuse: