Projektvorstellung: Aktive DI-Box mit Lundahl Übertragern

Hallo zusammen,

Ich möchte hier mein nun (fast) abgeschlossenes Projekt vorstellen, eine Aktive DI-Box mit Lundahl LL7401 Übertragern.



Wie kam es dazu? Ursprünglich wollte ich einen kleinen "Helfer" basteln um unsymmetrische Quellen optimal an symmetrische Eingänge meines Kopfhörer/Vorverstärkers anschließen zu können. Natürlich geht das auch mit passiven Adaptern jedoch nur bei kurzen Verbindungen, mir war eine aktive Lösung lieber. Der erste Entwurf war schnell gemacht, einen OPV (für die Pegelanpassung) mit nachgeschaltetem "Balanced Line Driver" wie dem DRV134, bietet laut Datenblatt sehr gute technische Daten und die reine Verstärkerschaltung passt theoretisch in eine Streichholzschachtel. Allerdings habe ich die Neigung bei meinen Projekten gerne mal zu übertreiben bzw. Dinge umzusetzen die mich einfach interessieren, ungeachtet dessen das es vielleicht auch noch andere günstigere Lösungen gibt. So kam mir langsam der Gedanke mal etwas mit Übertragern zu machen, aber möglichst ohne die Nachteile die passive DI-Boxen mitbringen. Ich habe mir also mal angeschaut wie die Profis im Tonstudiobereich in den 70ern und 80ern das gemacht haben, da gab es ja fast keine anderen Möglichkeiten ein "echtes" symmetrisches Signal zu erzeugen. Die Schaltpläne haben die Firmen selber schon ins Netz gestellt bzw. helfen bei Anfragen zu meiner Überraschung gerne weiter, interessant bei der "letzten" Generation mit Übertragerausgängen ist das der Drahtwiderstand durch eine spezielle Schaltung kompensiert wird, die technischen Daten der Geräte sind viel besser als bei passiven Übertragerlösungen.

Ich habe mich parallel bei den großen Herstellern von Übertragern umgeschaut, bei Lundahl wurde ich dann fündig. In diversen Datenblättern zu Ausgangsübertragern für symmetrierung von Signalen sind auch Beispielschaltungen abgedruckt, auch hier wieder mit Kompensation. Besonders gefallen hat mir der LL7401, von 20Hz-80kHz eine Pegelabweichung von 0,3dB, 0,05% Klirr und das alles bei +22dBu an 600 Ohm Last. (!!!) Nachteil ist der Preis, er kostet je nach Anbieter über 70€ pro Stück.

http://www.lundahl.se/wp-content/uploads/datasheets/7401.pdf

Irgendwann hat die Neugier gesiegt und ich habe 2 Stück bestellt, als Händler habe ich mich nach freundlichem Kontakt für die Firma Don Audio entschieden.

https://www.don-audio.com/

Die Übertrager mussten extra für mich gewickelt werden, trotzdem waren sie nach nur 2 Wochen bei mir zuhause. In der Zwischenzeit entstand die restliche Schaltung dazu, ich entschloss mich nicht nur unsymmetrische Cinch Eingänge einzubauen sondern lieber gleich richtige symmetrische, dadurch habe ich später mehr Möglichkeiten.

Die Schaltung:
Die Eingangsstufe ist um den Instrumentenverstärker INA103 aufgebaut, die Eingänge sind AC gekoppelt um jede Art von Offset von den Übertragern fern zu halten. Die Grenzfrequenz liegt trotz Folienkondensator sehr tief, die Eingangssymmetrie wird dadurch nicht verschlechtert. Vor den Koppelkondensatoren liegt ein CLC Filter das hochfrequente Störungen über Pin1 des XLR Steckers ableiten soll. Der INA103 hat als sehr rauscharmer Verstärker einen relativ hohen Biasstrom am Eingang, mit dem Eingangswiderstand (in meinem Fall habe ich mich für 47kOhm entschieden) führt das an beiden Eingängen zu einem Offset von ca. 100mV am realen Objekt gemessen, theoretisch können es bis knapp 600mV werden. Die Quelle bekommt davon natürlich nichts mit durch die Koppelkondensatoren. Die Ströme scheinen zwar intern abgeglichen zu sein, ich habe trotzdem mit einem OPA134 einen Integrierer aufgebaut welcher den Offset am Ausgang automatisch auf 0V regelt. (DC-Servo)
Ich wollte auch bei niederohmigeren Lasten einen niedrigen Klirr haben, habe also zu der Schaltung von Lundahl noch 2 Buffer hinzugefügt. Sie sind um den BUF634 aufgebaut der sich in der Gegenkopplung der eigentlichen OPVs (wieder OPA134) befindet. 2 grüne LEDs neben dem Übertrager signalisieren das die Betriebsspannungen vorhanden sind.

Das Layout:
Beim Layout kann man mindestens genauso viel falsch machen wie beim Schaltplan, besonders durch die schnellen BUF634 wird das Layout kritisch. Das Layout wurde folgendermaßen erstellt:

-> Doppelseitige Leiterplatte mit einer möglichst geschlossenen Massefläche auf einem eigenen Layer, Signale und Versorgung auf der anderen Seite
-> Wird die Kapazität vom inv. Eingang des OPVs gegen Masse zu groß bildet sich mit dem Gegenkopplungswiderstand ein RC-Glied welches zu einer Phasenverschiebung führt, im schlimmsten Fall schwingt die Schaltung dann. Aus dem Grund wurden die Leitungen am inv. Eingang so kurz wie möglich und die Gegenkopplungswiderstände so niederohmig wie möglich gehalten.
-> Die symmetrischen Versorgungsspannungen werden von den beiden 330µF Elkos neben dem Übertrager Sternförmig zu den ICs geführt, jeder IC hat seine eigene Rückleitung und wird lokal nochmal mit einem Kerko geblockt, der INA103 und vorallem die BUFs haben noch lokal kleine Elkos zum abstützen bekommen.
-> Die Seite mit den Signalleitungen wurde auch mit Masse geflutet, beide Masseflächen sind mit einem Haufen Dukos verbunden. Sieht man sehr gut auf dem oberen Bild. Macht man das nicht kann sich die Leiterplatte unter Umständen verziehen.

Besonders kritisch sind die BUF634 in der Gegenkopplungsschleife der OPVs, der OPA134 wurde nicht zufällig gewählt. Andere OPVs (besonders die sehr schnellen) werden hier Probleme machen, die Kombination OPA134-BUF634 (der BUF bei hoher Bandbreite) zeigt keinerlei Überschwinger bei einem Rechtecksignal am Eingang, die Schaltung ist also stabil. Leider zieht jeder BUF an +-18V dabei ca. 20mA, es werden laufend 720mW verbraten. Mit einem kleinen Aufsteckkühlkörper bleibt er aber kühl genug.

Nachdem das Layout nun fertig war wurde die Leiterplatte bei Bilex-LP bestellt:

http://www.bilex-lp.com/user_d/

Mit der Qualität bin ich in Anbetracht des Preises mehr als zufrieden, nur der Lötstoplack ist leicht ungleichmäßig aufgetragen. Für beide Leiterplatten (Doppelseitig schwarzer Lötstoplack und chemisch vergoldet) habe ich ~40€ gezahlt.

Der Aufbau an sich ging Problemlos, bevor ich die Übertrager eingebaut habe wurde die restliche Schaltung überprüft. Der DC-Offset am Übertrager ist für mein Multi nicht sinnvoll messbar (<1mV) und ein Signal am Eingang landet verstärkt an den Pins des Übertragers. Testweise habe ich einen Kopfhörer (2x300Ohm parallel) angeschlossen, sieht gut aus.

Das Gehäuse:
Ich habe mich für ein Gehäuse von Hifi2000 entschieden, diese Gehäuse habe ich schon bei vorherigen Projekten verwendet.

http://www.hifi2000.it/

Der Vorteil ist das man beide Leiterplatten getrennt an die Seitenwand schrauben kann ohne Löcher in diese zu bohren, das Gehäuse hat Führungsschienen für M3 Muttern. Aus einem Stück 2mm Alublech wurde ein Adapterstück gefertigt, die Platine ist nur 9mm kürzer als die Innenlänge des Gehäuses. Wie dafür gemacht, ich bin kein Fan von riesen Gehäusen die beim öffnen halb leer wirken. Danach kam das Bearbeiten der Rückwand, alle Löcher wurden an einer Ständerbohrmaschine teilweise mit Stufenbohrern gebohrt, unrunde Durchbrüche wurden grob ausgesägt und mit der Feile vergrößert. Hier das Ergebnis:



Eine Besonderheit sind die Kippschalter neben den XLR Buchsen/Steckern, jede hat ihren eigenen Groundlift bekommen. Sind die Schalter auf " I " gestellt ist Pin1 fest mit dem Gehäuse verbunden, steht er auf " 0 " liegt ein 100 Ohm 1W Widerstand + 100nF Kondensator zwischen Pin1 und PE. Brummschleifen werden damit aufgetrennt, besser ist es aber meistens Pin1 schon im Anschlusskabel einseitig zu trennen.



Weiter ging es mit dem festen Einbau der Rückwand und der Verdrahtung der Audio Platinen, ich verwende dazu mit Schraubstock und Akkubohmaschine verdrillte Litze. Das gibt meiner Meinung nach eine schönere Optik als lose liegende Kabel.



Mit Gewindewürfeln an der Bodenplatte wurden 2 weitere Bleche befestigt welche später das Netzteil tragen werden.



Das Netzteil:
Ist das einzige elektronische Teil das nicht selbst designt wurde, es ist ein SMPS-14T von Funk Tonstudiotechnik mit 2x18V. Es war perfekt für das Projekt, passt von der länge gerade so in das Gehäuse, ist mehrfach gegen Fehler abgesichert und hat sogar einen Ausgang für die Mute Relais meiner Platinen. Für die Verteilung an die beiden Leiterplatten wurde eine Zwischenplatine aufgebaut, an ihr wird unter anderem der Netzschalter + Belechtung angeschlossen und sie enthält den Treiber für die Mute Relais. GND wird gemäß AES48 fest mit dem Gehäuse und damit dem Schutzleiter über die Leiterplatte verbunden, Gleichtaktstörungen vom SNT sind damit kein Problem mehr. Beide Spannungen werden absolut symmetrisch belastet, die Relais hängen zwischen den Versorgunsleitungen über eine kleine Trickschaltung (Z-Diode + BS170) werden sie von den +6V, die das Netzteil als Relais Steuerspannung bereitstellt, gesteuert.



So sieht die Bodenplatte mit den beiden Blechen und dem Netzteil aus, die Bodenplatte enthält auch den Sternpunkt für den Schutzleiter.



So sieht es zusammengebaut und verdrahtet aus, kurz darauf ging das Gerät zum ersten mal in betrieb. Das erste einschalten ist immer spannend zumal die Komponenten ja nicht günstig waren, zum glück ging alles gut. Puhh, darauf erst mal was zum abkühlen.

Dummerweise hatte ich vergessen einen der Trimmer auf der Leiterplatte abzugleichen, im eingebauten Zustand kommt man da nicht richtig heran, ich musste das Gehäuse nochmal teilweise zerlegen. Über die Trimmer wird die Verstärkung auf +6dB abgeglichen, dazu wurde von einem Funktionsgenerator ein 50Hz Sinus erzeugt welcher laut Multimeter genau 1Veff am Eingang entsprach. Nun wurde der Ausgang des Gerätes an das Multimeter geklemmt und so lange der Trimmer gedreht bis man 2Veff am Ausgang messen kann, den Ausgang habe ich dabei mit 600 Ohm belastet.

Morgen Abend mache ich weitere Messungen am fertigen Gerät, leider verträgt sich mein Audio Interface noch nicht mit RMAA.

Über Kommentare und Anregungen würde ich mich natürlich freuen. (solange sie nicht über die unaufgeräumte Werkstatt sind )



lg,
Jan

Hi Jan,

danke für Deine umfassende Antwort. Ich überlege selbst wegen der Module von Hr. Funk, daher hat es mich interessiert.

Auch wenn ich kein "Goldohr" bin, aber...

Ob die Di-Box im Signalweg liegt hat man nicht mal über einen Sennheiser HD800 gehört, wer den kennt weis was für eine Lupe das ist.

...ist sicherlich das größte Kompliment was man einer Audiobauteil machen kann :-)

Würde mich freuen, wenn Du Schaltung und BOM teilst.

Viele Grüße