Мощные колонки это конечно хорошо, вот только не всегда есть возможность слушать музыку на такой громкости, часто приходится сидеть дома в наушниках, чтоб не беспокоить домашних. Но и тут можно получить прекрасный качественный звук, если собрать специальный УНЧ. Представляем усилитель для наушников самодельного производства на ОУ и полевых транзисторах. Усилитель выполнен в стерео варианте, то есть два канала и две платы.
Схема УНЧ для наушников на транзисторах и операционном усилителе
Схема минимально изменена относительно нарисованной — добавили конденсатор танталовый прямо у источника питания транзистора, а транзисторы установлены BD135 / 136. Микросхема стояла LF357, но позже выяснилось, что NE5534 играют намного лучше. Транзисторы, несмотря на большой радиатор, очень сильно нагреваются при работе (всё-таки А класс).
Блок питания находится на отдельной печатной плате. Фильтрация составляет 2200 мкФ на плечо, трансформатор: TS15 / 41 с мощностью 15 Вт 0,5 А на канал. После фильтрации имеем источник питания +/- 15 В. При громкой басовой музыке, есть падение напряжения примерно до 13 В. Конечно если будете повторять — лучше взять более мощный. Потенциометр естественно ALPS.
На передней панели установлен выключатель сети, входной разъем и выходной, три светодиода индикаторных: два показывают напряжения сигнала симметричное (во время запуска оказалось, что исчезновение одного из напряжений вызывает немедленное сгорание транзисторов), третий загорается, когда поступает сигнал активации задержки запуска наушников (на реле).
Достоинства и недостатки УНЧ для наушников
Преимущества усилителя:
- Очень большая мощность
- Практически никакого шума
- Однозначно приятная игра
Недостатки усилителя:
- Довольно сильно нагревают транзисторы
- Не слишком много баса — нужна тонкомпенсация
Усилитель получился реально очень громкий, он не создает практически никакого шума, нет искажений, нет сетевого фона. Другой аналогичный вариант схемотехнического решения можете .
Усилитель
Предлагаемый усилитель я разработал больше из спортивного интереса. Интерес состоял в том, чтобы используя лишь распространенные транзисторы сделать однотактный усилитель с минимальной (максимально короткой) ООС, который по объективным параметрам бы не уступал усилителям в которых линейность обеспечивается сверхглубокой ООС по всему тракту с применением ОУ. Усилитель потребляет 130мА/канал и работает от нестабилизированного источника питания напряжением 12В или выше. Ток потребления практически не зависит от напряжения питания и усиливаемого сигнала. Измеренные гармонические искажения на частоте 1КГц составляют менее 0.001% при амплитуде сигнала 3В на нагрузке 34 и 68 Ома. Так же при повышении уровня питающего напряжения до 24В усилитель способен отдать амплитуду 7.5В (больше – у меня нету источника) на нагрузку 136Ом при сопоставимом THD. Отчет RMAA, который был снят со звуковой картой EMU0404USB и который можно просмотреть с помощью RMAA - в файлах статьи. На словах скажу, что если не доводить схему до крайности клиппинга - на графиках THD фигурируют первые две гармоники. Вот для примера график THD+шумы при амплитуде 3V на нагрузке 34 Ома:
(Пики в области высоких частот и ультразвука - это помехи от работающих неподалеку импульсных БП). А вот общие цифры для измерений различных нагрузок/уровней:
Повышенный уровень THD при 4В на 34Ома объясняется выходом схемы из режима минимальных девиаций тока коллектора в таких условиях. Попросту - не хватает тока покоя выходного каскада, т.к. 4V/34 Ома > 100mA. Замечу еще, что собственный уровень THD звуковой карты в режиме лупбэка, который следует “отнимать в уме”, составляет 0.0008%.
Аналогичные цифры выдавало и моделирование в Microcap 9. Усилитель обладает так же отличными АЧХ и ФЧХ. У меня нет инструментов, способных их корректно измерить в железе, но моделирование показывает плоскую АЧХ до мегагерца а ФЧХ - до двух сотен килогерц:
Субъективно звук усилителя тоже порадовал, кажется он даже лучше чем звук другого устройства, в тракте которого применены не дешевые ОУ OPA2211. Хотя я привык не очень доверять субъективным ощущениям. Сегодня они одни, а завтра могут оказаться совершенно другими.
Собственно схема усилителя вот (учтите, что 1m = 1000u, то есть конденсатор, обозначенный 3.3m – это 3300мкФ):
Функционально усилитель состоит из двух каскадов, первый – усилитель напряжения, усиливающий амплитуду в 3 раза (что я считаю в самый раз для ушника), а второй – повторитель напряжения, усиливающий ток. Каждый из каскадов имеет свою локальную короткую петлю обратной связи, обеспечивающей минимальную девиацию коллекторных токов транзисторов сигнального тракта, что и обеспечивает максимальную линейность, а так же дает дополнительные бонусы. Так, к примеру усилитель практически не чувствителен к частотным характеристикам источника питания, потому порода электролитических конденсаторов по питанию не имеет особого значения. Единственные конденсаторы, которые желательно использовать покачественней – разделительные входной и выходной. Еще – усилитель обладает крайне низким выходным сопротивлением и в то же время ток короткого замыкания выходного каскада ограничен безопасным для его элементов значением.
Еще несколько неочевидных моментов по работе и наладке схемы:
Питание
Усилитель может питаться от не стабилизированного источника напряжением от 12В постоянки или от 9В переменки и до победы. Шутка. Я тестировал питая девайс от 9В и 18В переменки (соответственно - 12В..24В постоянки), верхний предел определяется выносливостью примененных элементов и охлаждением выходных транзисторов. К слову, моя конструкция пожалуй чересчур плотновата для питания 18В, и если планируется такое питание – надо подумать о лучшем охлаждении. Непосредственно на плате усилителя я смонтировал двойной мостик на диодах Шоттки, вход первого мостика – подключен напрямую к входным клеммам питания, второй – через два фазосдвигающих неполярных конденсатора по 1000мкФ каждый. Этот прием слегка сглаживает зубья пилы на выходе сглаживающего фильтра выпрямителя, укорачивая в итоге спектр сетевых пульсаций. Обычно с такой целью применяют CRC фильтр, но у него есть свой недостаток - на резисторе слегка проседает напряжение питания - то есть теряются драгоценные ватты, выделяясь в виде тепла в корпусе усилителя, а не в виде децибел звукового давления в ушах. Между мостиками и непосредственно схемой усилителя я установил три дросселя индуктивностью 470мкГн каждый – с целью минимизации уровня сетевых помех, если таковые будут. В результате усилитель получился достаточно всеядным – его можно питать как от источника переменки напряжением 9..18В так и от источника постоянного напряжения 12..24В, причем этим источником может выступать как 12вольтовая “зарядка”, так и бортовая сеть авто – дроссели позволяют эффективно фильтровать ВЧ помехи от таких источников.
Разумеется усилитель прекрасно сможет работать и через одинарный мостик безо всяких дросселей в питании, но уровень фона и помех, приходящих по сети (включая "земляную петлю") будет несколько выше.
В качестве “комплектного” БП я сделал на скорую руку трансформаторный БП в формате “здоровая-такая-зарядка”, всунув в корпус Z64J трансформатор TL48D-090-0555. Последний имеет две обмотки по 9В, потому я приделал сбоку переключатель и подписал его снаружи “9VAC/18VAC”. Выглядит это все так:
Защита
Поскольку в усилителе я применил выходной конденсатор с довольно большой емкостью (3300мкФ) то было бы довольно безрассудно позволять ему при включении/выключении заряжаться/разряжаться через наушники. С другой стороны применение конденсатора с меньшей емкостью может заметно подпортить ФЧХ в области низких частот, потому я решил применить схему релейной защиты наушников при включении/выключении усилителя. Обычно подобные защиты в однотактных усилителях с конденсаторным выходом делают так: контакты реле коммутируют непосредственно нагрузку, а обмоткой реле управляет схема задержки, которая подает ток на обмотку с некоторой задержкой, в течении которой конденсатор усилителя успевает зарядиться через специальный резистор. При пропадании питании эта схема просто обесточивает реле и то мгновенно отключает нагрузку. У такого варианта есть парочка недостатков, которые я решил побороть несколько нетрадиционным образом. Первый недостаток состоит в том, что обмотка реле потребляет некоторую мощность, которая приводит к небольшому дополнительному повышению теплоотдачи всей схемы. К примеру - парочка герконовых реле на 12В будут иметь общее сопротивление порядка 500Ом и потреблять примерно 0.3Вт, что с одной стороны немного, но с другой – это +10% к тепловыделению всего усилителя. Вторая проблема – контакты китайских реле, коммутируя нагрузку – могут (не)заметно подпортить звук. Как я уже писал, я решил пойти нестандартным путем и чтобы побороть эти недостатки – решил сделать схему, которая, во-первых, подает ток на обмотку кратковременно после включения и (внезапно) после выключения усилителя. Поскольку это усилитель, а не вечный двигатель, то питание обмотки после выключения я решил поддерживать мелким ионистором. Так же, чтобы исключить влияние контактов реле на качество звучания я решил вместо отключения нагрузки при помощи реле включать кратковременно параллельно нагрузке резистор сопротивлением 11 Ом, таким образом, большая часть энергии заряда/разряда конденсатора будет проходить через этот резистор, сберегая обмотку наушников от перегрева.
Схема управления защитным реле выглядит так:
Она питается от своего личного мостика, что позволяет ей быстро “среагировать” на пропадание питания. Схема состоит из двух частей: на элементах R1,D3,C5,Q1,Q2 собран простейший стабилизатор на 5В, далее от этого стабилизатора запитана остальная часть схемы, включая ионистор емкостью 0.47 Ф (C4), рассчитанный на рабочее напряжение 5.5В. Ионистор имеет довольно высокое внутреннее сопротивление, потому для эффективного подавления пульсаций питания параллельно ему добавлен обычный электролитический конденсатор (C2). Реле я использовал герконовые, с обмоткой на 5В и сопротивлением 500 Ом (2 в параллели –> 250 Ом). Внутри самих реле параллельно обмотке имеется диод гашения ЭДС самоиндукции, потому обращаем внимание на положение первого вывода (оно обозначено на моей печатке цифрой 1). Схема задержки выполнена на полевых транзисторах Q3,Q4, время задержки при включении задается цепью C1R4 и пороговым значением напряжения отпирания транзисторов, которое должно быть поменьше. Помимо моделированных IRF7404 в жизни прекрасно работают и IRF7410. Полезное замечание для сборки: вначале стоит смонтировать именно часть-стабилизатор и конденсатор C2, после чего, подав на нее питание – убедиться что конденсатор C2 заряжается до адекватного напряжения 5В+-0.3, и лишь после этого – запаивать в плату остальные, более дорогостоящие детали.
Если вы надумаете собирать усилитель без такой (или какой либо другой) схемы защиты наушников от переходных процессов - следует поубавить емкость выходного конденсатора – чтобы наушникам не поплохело.
Печатки
В одном из прилагаемых архивов – печатные платы, нарисованные в Sprint Layout 6. Я старался по максимуму использовать возможности SMD монтажа, и большинство резисторов – именно такие мелкие, которые паять комфортно лишь при помощи мелкого паяльника/станции. Печатки были слегка поправлены после распайки первой модели, но все должно быть хорошо:) Печаток две: одна – усилитель с питающим его двойным мостовым выпрямителем, вторая – схема релейной защиты + выход, вход и регулятор громкости. Для ЛУТа печатки следует отзеркалить (впрочем, печатка усилителя паяется с любого зеркального варианта). А для БП печатки нету - я ее сразу рисовал маркером на плате. В исходниках печаток указаны так же наименования моделей многих элементов, которые я применил и под которые рисовал печатки. Многие дырки в печатках (особенно – в релюшечной) – имеют неверный диаметр, то есть рассверливал до нужного диаметра я их уже по факту. Так же положение круглого бока транзисторов в корпусе TO-92 местами не соответствует реальности, тут следует ориентироваться на соответствие назначения выводов, а не на рисунок корпуса транзистора. Две печатки соединяются проводами и в моей конструкции были смонтированы одна над другой в компактном корпусе:
К слову, самые внимательные возможно заметили “лишний” разъем в торце. Это 4х пиновый minixlr, который подключен параллельно обычному TRS и которым я пользуюсь со своими наушниками чтобы минимизировать влияние переходного сопротивления разъема и общего провода наушников на разделение каналов. Эргономичность размещения RCA разъемов на морде конечно сомнительна, но оно сделано так для минимизации наводок цепи питания на сигнальные провода.
В аттачах помимо архивов и результатов RMAA имеются так же файл модели усилителя для .
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Схема усилителя | |||||||
| 2x Q1, Q4 | Биполярный транзистор | BC548C | 4 | именно C | В блокнот | ||
| 2x Q2 | Биполярный транзистор | BC558B | 2 | B или C | В блокнот | ||
| 2x Q6 | Биполярный транзистор | BD139-16 | 2 | вероятно пойдет любой BD139, но я использовал именно BD139-16 от fairchid | В блокнот | ||
| 2x Q3, Q5, Q7 | Биполярный транзистор | BD140 | 6 | В блокнот | |||
| 2x D1..D5 | Выпрямительный диод | LL4448 | 10 | В блокнот | |||
| D6-D13 | Диод Шоттки | SS14 | 8 | В блокнот | |||
| 2x C6, C13 | 3300мкФ 35В | 4 | Jamicon TK | В блокнот | |||
| 2x C14 | Электролитический конденсатор | 3300мкФ 25В | 2 | Jamicon TK | В блокнот | ||
| 2x C16 | Электролитический конденсатор | 4700мкФ 35В | 2 | Jamicon TK | В блокнот | ||
| 2x C2 | Электролитический конденсатор | 100мкФ 25В | 2 | Jamicon TK | В блокнот | ||
| 2x C8 | Электролитический конденсатор | 470мкФ 25В | 2 | Jamicon WL | В блокнот | ||
| C17, C18 | Электролитический конденсатор НЕПОЛЯРНЫЙ | 1000мкФ 25В | 2 | Capxon NP | В блокнот | ||
| 2x C1 | Пленочный конденсатор | 6.8мкФ 250В | 2 | WIMA MKP4 | В блокнот | ||
| 2x C2, C9 | Пленочный конденсатор | 470нФ 100В | 4 | WIMA MKS2 | В блокнот | ||
| 2x C4, C12 | Пленочный конденсатор | 1мкФ 63В | 4 | WIMA MKS2 | В блокнот | ||
| 2x C11 | Пленочный конденсатор | 330пФ 100В | 2 | WIMA FKP2 | В блокнот | ||
| L3, 2x L2 | Дроссель на колечке | DPT470A3 (470мкГн. 3А) | 3 | В блокнот | |||
| 2x L1 | Дроссель самодельный | 1мкГн | 2 | 12витков на 12мм каркасе проводом 1.2мм | В блокнот | ||
| 2x R18 | 33 Ома | 2 | В блокнот | ||||
| 2x R9 | Резистор лапчатый, металлопленочный | 130 Ом | 2 | можно 100 Ом, если есть осциллограф | В блокнот | ||
| 2x R17 | Резистор лапчатый | 6.8 Ом 2Вт | 2 | или две парочки SMD2512 по 13 Ом | В блокнот | ||
| 2x R11 | Резистор лапчатый | 3.3 кОм | 2 | В блокнот | |||
| 2x R1 | Резистор SMD1206 | 3.6 кОм | 2 | В блокнот | |||
| 2x R4 | Резистор SMD1206 | 56 кОм | 2 | или 62 кОм | В блокнот | ||
| 2x R5 | Резистор SMD1206 | 33 кОм | 2 | В блокнот | |||
| 2x R3, R8 | Резистор SMD1206 | 1 кОм | 4 | В блокнот | |||
| 2x R7 | Резистор SMD1206 | 2 кОм | 2 | В блокнот | |||
| 2x R6, R16 | Резистор SMD1206 | 330 Ом | 4 | В блокнот | |||
| 2x R12 | Резистор SMD1206 | 3.3 кОм | 2 | В блокнот | |||
| 2x R13 | Резистор SMD1206 | 33 Ом | 2 | В блокнот | |||
| 2x R14 | Резистор SMD2010 или SMD2512 | 33 Ом | 2 | В блокнот | |||
| 2x R10 | Резистор SMD1206 | 6.8 Ом | 2 | В блокнот | |||
| 2x C10 | Конденсатор SMD1206 | NP0 240пФ | 2 | В блокнот | |||
| 2x C5 | Конденсатор SMD1206 | NP0 22пФ | 2 | В блокнот | |||
| C19, 2x C7, C15 | Конденсатор SMD1206 | NP0 примерно 1нФ | 5 | В блокнот | |||
| 2x R2 | Переменный резистор (триммер) | 1.5 кОм, синенький | 2 | у некоторых ноги идут в ряд, у некоторых - треугольником, печатка рисована под треугольник | В блокнот | ||
| 2x Q6, Q7 | Радиатор | 718 | 4 | В блокнот | |||
| Элементы усилителя, стоящие на плате защиты | |||||||
| X1 | Переменный резистор (потенциометр) | двойной, логарифмический, от 10кОм до 50кОм | 1 | регулятор громкости | В блокнот | ||
| Разъем питания | 1 | В блокнот | |||||
| Разъем TRS6.3 (под джек) | JC-215 | 1 | В блокнот | ||||
| Разъем 2xRCA | CC-130 | 1 | В блокнот | ||||
| Блок питания | |||||||
| трансформатор | TL48D-090-0555 | 1 | В блокнот | ||||
| переключатель-тумблер | 1 | для переключения обмоток: 9V/18V AC | |||||
По результатам опроса победили ушники, собранные на «полупроводниках». Поэтому именно с них мы и начнем линейку конструкторов.
Я хотел бы начать с нескольких самых простых схемок. На роль конструктора они не годятся, но их рассмотрение возможно подведет нас к схеме, которую, на наш взгляд, имеет смысл положить в основу конструктора.
Итак, начнем.
В предыдущей статье мы уже говорили, что усилитель для наушников в первую очередь должен решать две основные задачи.
Во-первых, он должен разгружать выход источника сигнала. Работа аудиовыхода на низкоомную нагрузку приводит к резкому росту искажений (из-за высокой токовой нагрузки) и ухудшению АЧХ (завал на НЧ и иногда ВЧ). Использование буферного усилителя тока, предотвращает эти явления.
Во-вторых, для обеспечения нормальной громкости на высокоомных наушниках (и запаса по громкости на низкоомных), ушник должен иметь некоторое усиление по напряжению.
При использовании низкоомных наушников дополнительное усиление не всегда нужно. В таких случаях усилитель используется как токовый буфер. Иногда в этом качестве можно использовать самые простые схемы. Например такие как на рисунке. Это обычные повторители. Они могут быть собраны как на биполярных, так и на полевых транзисторах.
Самая примитивная схема слева. Простота - ее главное достоинство (возможно и единственное). Высокая нелинейность, высокое выходное сопротивление, очень низкая эффективность (даже по меркам схем в классе А) и пр. делают ее не очень интересной с практической точки зрения.
Имеет смысл немного ее усложнить. Заменим эмиттерный резистор на источник тока (схема справа). Такая схема уже вполне имеет право на жизнь. В ней можно достичь низкого выходного сопротивления, увеличить способность усилителя отдавать ток в нагрузку, значительно повысить линейность и т.д.
Стоит сказать несколько слов о нелинейности схемы с источником тока. В целом линейность не очень высока и зависит от тока покоя, сопротивления наушников и типа применяемого транзистора. Общий уровень гармоник может достигать десятых долей процента. Но спектр искажений благоприятный, короткий, с преобладанием второй гармоники. Например: при токе покоя 200мА (наушники 32 Ома), можно ожидать уровень второй гармоники порядка 0,1%, уровень третьей – 0,01% и нефиксируемость гармоник более высоких порядков. Звучать такой усилитель должен чисто.
При работе на высокоомные наушники (а часто и низкоомные) возникает необходимость усиления сигнала. Обеспечение запаса по громкости очень благоприятно сказывается на качестве воспроизведения. Рассмотрим простейшую схему. (см. рисунок)
Такие схемы иногда используют даже для работы с полноценной акустикой. Решение на любителя. Достоинствами схемы являются простота, и благоприятный спектр искажений (вторая гармоника). Окрашивание звука достаточно сильное, и его характер зависит от выбранного транзистора, тока покоя и сопротивления нагрузки. Любителям чистого, точного звука скорее всего не подойдет.
Высокий уровень гармоник является следствием неудовлетворительной работы каскада на низкоомную нагрузку. Если между выходом усилителя и наушниками поставить дополнительный буфер (например такой как рассмотрен в начале), то получим новую схему.
Линейность усилителя напряжения значительно возрастет, а звуковые характеристики всей схемы будут определяться, в основном, выходным буферным каскадом.
В большинстве случаев этой простой схемы хватит для согласования наушников с звуковой картой ноутбука. При этом качество воспроизведения вырастет.
Теперь поговорим о дальнейших путях улучшения характеристик усилителя.
Решать эту задачу можно «в лоб». Например, увеличением тока покоя или подбором более линейного транзистора. Заплатить за это придется соответственно усложнением и удорожанием. Также увеличатся и размеры. Таким методом можно значительно повысить характеристики, но есть и другие, менее прямолинейные способы улучшения.
Более распространенный способ повышения объективных параметров – значительное усложнение схемы, введение общей ОС. Схема остается компактной и экономичной, но сложной в повторении, сборке и наладке. При этом цена ее так же вырастет.
Поэтому, на наш взгляд, для конструктора не подходит ни один из этих вариантов. Им не хватает универсальности.
Более универсальным решением может стать схема с использованием ОУ с дополнительным буфером на выходе. Примерный вариант на рисунке.
Его главное свойство – очень чистое звучание. А именно таким, по нашему мнению, и должен быть транзисторный усилитель. А для приукрашенного звука лучше использовать гибридные усилители.
Сама схема оставляет некоторую свободу в настройке звука. Это и замена ОУ (менее шумящие, более/менее скоростные и т.д.). При желании, замена выходных транзисторов, выбор режима их работы (что сказывается на вносимых окрасках в звук).
Изменением запайки можно охватить ОС весь усилитель или только ОУ. Каждый из вариантов по-своему интересен. При охвате всего усилителя ОС достигается очень высокая линейность, суммарный коэффициент гармоник будет составлять тысячные доли процента. Исключение выходного буфера из петли ОС приведет к росту второй гармоники («благозвучные» искажения). Кроме этого, произойдут и некоторые другие изменения влияющие на звук. Вполне возможно, что кому то такой звук покажется интереснее. Ток покоя выходного каскада можно будет подбирать под требование используемых наушников (по умолчанию я бы выставил его равным 200мА).
Среди прочих достоинств такой схемы я бы отметил способность работать в широком диапазоне питающих напряжений (без каких либо настроек и изменений), простоту сборки и настройки.
Кому-то может оказаться полезным и то, что устройство без особых усилий можно превратить в высококачественный усилитель мощности (в классе А) работающий на акустику. Но это как говорится уже другая история (если кому-то это будет интересно, расскажу об этом отдельно).
Качество звука у такого ушника проверено и оно высокое. Похожая схема используется в усилителе внешний вид которого приводился на фотографиях сопровождавших все наши записи о конструкторе.
Как говорится, у меня все. Хотел бы узнать, что вы думаете обо всем этом?
С уважением, Константин М
Все статьи посвященные проекту "Гамма" можно найти через навигатор
Заказать конструктор усилителя "Гамма" можно у нас на сайте: АЛ "Философия Звука"
Сообщество для обсуждения конструкторов - "Электронные конструкторы" . Присоединяйтесь.
Схема усилителя для наушников, которая точно заслуживает внимания. Тут и удвоенный выходной ток и отсутствие разделительных конденсаторов на пути сигнала. При этом схема усилителя для наушников очень проста и понятна.
Обновлено : Из схемы убран входной разделительный конденсатор. Изменены номиналы входных резисторов.
Схема усилителя для наушников
Регулярные скитания по по бескрайним просторам помойки кладезя знаний - интернету, привели к интересной находке. Это был PDF файл от компании Burr Brown. Который воодушевил меня создать усилитель для наушников на ОУ. С языка потенциального врага, его название дословно можно перевести следующим образом: Удвоение выходного тока в нагрузку двумя аудио ОУ OPA2604 .
Файл состоит из двух страниц, где ценность представляет только первая. Представленная там схема усилителя для наушников была перерисована и избавлена от лишних умных надписей.
Знакомьтесь, это будущее сердце нашего усилителя. А если быть точнее — это схема одного канала. Каналов у нас будет 2, а значит потребуется два сдвоенных операционных усилителя (ОУ ).
Резисторы R3 и R4 сопротивлением по 51 Ом нужны чтобы защитить выходы операционных усилителей.
В чем «фишка» этого усилителя?
Схема совсем не нова, и известна еще из даташитов 90-х годов. Но интересность схемы заключается в том, что оба ОУ усиливают один и тот же сигнал. Но это не мостовое включение. Выходные сигналы обоих ОУ находятся в фазе, а их выходные токи складываются.
Такое включение решает проблему малого выходного тока многих ОУ. Это заметно увеличивает количество ОУ, которые могут быть использованы в усилителе. Теперь достаточно, чтобы каждый операционный усилитель мог обеспечивать выходной ток в 35-40 мА, вместо 70-80 в случае одного ОУ на канал.
Максимальное значение выходного тока всегда приводятся в даташитах на ОУ.
Коэффициент усиления
Коэффициент усиления сигнала определяют резисторы R1 и R2 . Его точное значение определяется формулой:
K= 1+ R2/R1
Если ориентироваться на линейный выход с уровнем сигнала в 1 Вольт, то для большинства наушников коэффициента усиления равного трем будет вполне достаточно. На три и будем ровняться.
Желательно, чтобы резисторы, задающие коэффициент усиления, имели точностью не хуже ±1% . Зачастую в магазинах не слишком большой выбор прецизионных резисторов. Но в данном случае можно обойтись резисторами одного номинала.
В закромах шкафа были найдены прецизионные резисторы по 7,5 кОм которые и стали резистором R1 . В качестве R2 два резистора по 7,5 кОм были включены последовательно. Аналогично можно сделать, включив параллельно два резистора по 15кОм в качестве R1 , и один резистора на 15кОм в качестве R2 .
Для изменения коэффициента усиления лучше менять резистор R2 . Для схем на ОУ обычно рекомендуется использовать резисторы номиналом 1÷100 кОм. Резистор R1 будет выполнять еще одну важную функцию, поэтому желательно использовать 7.5кОм .
Доводим схему до ума
Представленная в документе схема несколько неполная и отражает лишь самое главное. Для нормально работы следует дополнить схему входными цепями, а так же параллельно резистору R2 следует добавить конденсатор небольшой емкости. Он нужен для исключения самовозбуждения ОУ.
Для начала не будем изобретать велосипед и позаимствуем входную цепь у усилителя для наушников FiiO Olympus E10. В таком случае схема нашего усилителя примет следующий вид:
На схеме обозначены ножки для сдвоенного операционного усилителя в корпусе DIP8. Схема полностью рабочая и ни в какой настройке не нуждается.
Выкинем конденсатор со входа
ОУ одинаково хорошо усиливает как переменное так и постоянное напряжение. Конденсатор(C1 ) нужен для того, чтобы отсекать постоянное напряжение по входу. С одной стороны — нормальные источники сигнала не дают постоянку на выходе. С другой стороны, если она вдруг будет, то ее нужно отсекать. А то и наушники можно спалить.
Но народ активно не желает видеть лишние конденсаторы в пути сигнала, поэтому будем выкручиваться.
Перечитывая в очередной раз «Искусство схемотехники » Хоровиц и Хилла, обнаружил то, что искал. Чтобы получить усилитель переменного тока, необходимо включить конденсатор, аналогичный C1 , последовательно с резистором R1.
В таком случае обратная связь ОУ будет работать только по переменке и необходимость в конденсаторе на входе у нас отпадет. Поэтому можно смело переместить C1 со входа усилителя в цепь обратной связи ОУ.
Образовавшаяся (R1 , С1 ) будет отсекать как постоянное напряжение так и инфра-низкие частоты (<10Гц ). Они не несут полезной информации, но значительно нагружают усилитель по току.
Так же такое включение конденсатора уменьшит напряжение разбаланса ОУ по входам. А оно, к слову, тоже усиливается и подмешивается в выходной сигнал. При этом конденсатор в цепи обратной связи практически не влияет на звук, в отличие от конденсатора на входе. Вообщем одни полюсы от такой перестановки.
Входные резисторы
Удаление конденсатора со входа вынудило пристальнее присмотреться к резисторам R5 и R6, оставшимся на входе. А зачем они вообще нужны и как их рассчитать?.
Резистор R5 называется компенсирующим и необходим для обеспечения равенства сопротивлений между каждым из входов и землей. Его величина определяется как параллельное сопротивление резисторов R1 и R2 .
Однако у нас последовательно с R1 стоит конденсатор С1. Сопротивление конденсатора зависит от частоты и складывается с сопротивлением резистора. Сопротивление конденсатора на какой-то частоте определяется из соотношения:
R С = 1 / (2 × π × F × C) ,
Где F в Гегрцах, С в Фарадах, а R С в Омах
Для определения сопротивления R5, сначала были рассчитаны значения сопротивлений конденсатора емкостью 2,2 мкФ на частотах 20Гц и 20кГц. Затем для обоих случаев были рассчитаны величины компенсирующих резисторов. Оказалось, что сопротивление резистора R5 должно лежать между 8.91 кОм (для 20 Гц ) и 6.81 кОм (для 20кГц ). Не долго думая воткнул 7,5 кОм.
Конденсатором мы развязали инвертирующий вход усилителя с землей по постоянке. Но ОУ должен иметь связь с землей как по переменному, так и по постоянному току. Для этого и служит резистор R6 . Его величина была выбрана равной 75 кОм. Но можно поставить и 100 кОм. Меньше 75кОм, при переменнике в 50 кОм я бы не советовал ставить. Вместе с резистором R5 они начнут шунтировать входной переменный резистор.
На схеме так же был несколько изменен выход. Номиналы R3 и R4 были снижены до 10 Ом, а последовательно с ними включен резистор R7 с таким же сопротивлением. Это должно обеспечить лучшее суммирование выходных сигналов.
Питания усилителя
Для звука очень важно качество питания. Данная схема рассчитана на двухполярное напряжение питания. Это избавляет нас от необходимости добавлять лишние детали в звуковой тракт, и в целом лучше для звука.
Сегодня существуют ОУ работающие от ±1.5В, но большинство операционников работают при двухполярном напряжении питания от ±3В до ±18В. Оптимальным можно назвать напряжение в ±12В, которое входит в пределы питания большинства ОУ.
Точные значения максимального напряжения питания следует смотреть в документации на конкретные микросхемы.
Качество компонентов
Не обязательно сразу закупать дорогие детали. Для начала можно поставить что-то из ассортимента ближайшего магазина радиодеталей, а постепенно заменить их более качественными компонентами. Плата будет работать на любых деталях.
Конденсатор С1 должен быть неполярным. Лучше полипропиленовый или пленочным. Конденсатор С2 лучше использовать керамический. Точность конденсаторов не очень важна. но лучше использовать с точностью не хуже 5%.
Цены на операционные усилители лежат в широких пределах и не всегда дороже значит лучше для звука. Для начала можно будет установить что-то недорогое и доступное, например любимую многими NE5532(0.3$). Очень желательно чтобы она была производства Филлипс.
В последствии с заменой ОУ можно будет играться сколько хотите. Если рассматривать ОУ классом повыше, то для звука хорошо себя зарекомендовали OPA2134, OPA2132, OPA2406, AD8066, AD823, AD8397….
Не рекомендую заказывать микросхемы с АлиЭкспресс и в прочих китайских магазинах. Довольно много отзывов, в которых люди сообщают, что микросхемы не оригинальные. Да, ОУ будет работать, как ему и положенно, но это может быть совсем не OPA2134, который вы заказывали, а довольно дешевая TL061 с надписью OPA2134…
Заключение
Полученная схема усилителя, собранная на OPA2132 и работающая даже при напряжении питания ±5В свободно раскачивает достаточно тугие Sennheiser HD380 Pro.
Не люблю описывать звук субъективными терминами вроде «высокие стали хрустальными» или «басы теплыми», скажу лишь то, что при использовании хорошего ОУ, этот усилитель для наушников обладает достаточным запасом громкости и выходной мощности. При этом он не требует никакой настройки и использует минимум деталей, обеспечивая при этом достойное качество звука.
Рассмотренная схема привела к идее создания портативного усилителя для наушников. Так придумался . Суть которого заключается в создании законченной конструкции портативного усилителя для наушников своими руками с нуля.
Материал подготовлен исключительно для сайта
Большинство аудиолюбителей достаточно категорично и не готово к компромиссам при выборе аппаратуры, справедливо полагая, что воспринимаемый звук обязан быть чистым, сильным и впечатляющим. Как этого добиться?
Поиск данных по Вашему запросу:
Усилитель для наушников на транзисторах схема
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Пожалуй, основную роль в решении этого вопроса сыграет выбор усилителя.
Функция
Усилитель отвечает за качество и мощь воспроизведения звука. При этом при покупке стоит обратить внимание на следующие обозначения, знаменующие внедрение высоких технологий в производство аудио - аппаратуры:
- Hi-fi. Обеспечивает максимальную чистоту и точность звука, освобождая его от посторонних шумов и искажений.
- Hi-end. Выбор перфекциониста, готового немало заплатить за удовольствие различать мельчайшие нюансы любимых музыкальных композиций. Нередко к этой категории относят аппаратуру ручной сборки.
Технические характеристики, на которые следует обратить внимание:
- Входная и выходная мощность. Решающее значение имеет номинальный показатель выходной мощности, т.к. краевые значения часто недостоверны.
- Частотный диапазон. Варьируется от 20 до 20000 Гц.
- Коэффициент нелинейных искажений. Здесь все просто - чем меньше, тем лучше. Идеальное значение, согласно мнению экспертов - 0,1%.
- Соотношение сигнала и шума. Современная техника предполагает значение этого показателя свыше 100 дБ, что сводит к минимуму посторонние шумы при прослушивании.
- Демпинг-фактор. Отражает выходное сопротивление усилителя в его соотношении с номинальным сопротивлением нагрузки. Иными словами, достаточный показатель демпинг-фактора (более 100) уменьшает возникновение ненужных вибраций аппаратуры и т.п.
Следует помнить: изготовление качественных усилителей - трудоемкий и высокотехнологичный процесс, соответственно, слишком низкая цена при достойных характеристиках должна Вас насторожить.
Классификация
Чтобы разобраться во всем многообразии предложений рынка, необходимо различать продукт по различным критериям. Усилители можно классифицировать:
- По мощности. Предварительный - своеобразное промежуточное звено между источником звука и конечным усилителем мощности. Усилитель мощности, в свою очередь, отвечает за силу и громкость сигнала на выходе. Вместе они образуют полный усилитель.
Важно: первичное преобразование и обработка сигнала происходит именно в предварительных усилителях.
- По элементной базе различают ламповые, транзисторные и интегральные УМ. Последние возникли с целью объединить достоинства и минимизировать недостатки первых двух, например, качество звука ламповых усилителей и компактность транзисторных.
- По режиму работы усилители подразделяются на классы. Основные классы - А, В, АВ. Если усилители класса А используют много энергии, но выдают высококачественный звук, класса B с точностью до наоборот, класс AB представляется оптимальным выбором, представляя собой компромиссное соотношение качества сигнала и достаточно высокого КПД. Также различают классы C, D, H и G, возникшие с применением цифровых технологий. Также различают однотактные и двухтактные режимы работы выходного каскада.
- По количеству каналов усилители могут быть одно-, двух- и многоканальными. Последние активно применяются в домашних кинотеатрах для формирования объемности и реалистичности звука. Чаще всего встречаются двухканальные соответственно для правой и левой аудиосистем.
Внимание: изучение технических составляющих покупки, конечно, необходимо, но зачастую решающим фактором является элементарное прослушивание аппаратуры по принципу звучит-не звучит.
Применение
Выбор усилителя в большей степени обоснован целями, для которых он приобретается. Перечислим основные сферы использования усилителей звуковой частоты:
- В составе домашнего аудиокомплекса. Очевидно, что лучшим выбором является ламповый двухканальный однотакт в классе А, также оптимальный выбор может составить трехканальный класса АВ, где один канал определен для сабвуфера, с функцией Hi - fi.
- Для акустической системы в автомобиле. Наиболее популярны четырехканальные усилители АВ или D класса, в соответствии с финансовыми возможностями покупателя. В автомобилях также востребована функция кроссовер для плавной регулировки частот, позволяющей по мере необходимости срезать частоты в высоком или низком диапазоне.
- В концертной аппаратуре. К качеству и возможностям профессиональной аппаратуры обоснованно предъявляются более высокие требования в силу большого пространства распространения звуковых сигналов, а также высокой потребности в интенсивности и длительности использования. Таким образом, рекомендуется приобретение усилителя классом не ниже D, способного работать почти на пределе своей мощности (70-80% от заявленной), желательно в корпусе из высокотехнологичных материалов, защищающем от негативных погодных условий и механических воздействий.
- В студийной аппаратуре. Все вышеизложенное справедливо и для студийной аппаратуры. Можно добавить о наибольшем диапазоне воспроизведения частот - от 10 Гц до 100 кГц в сравнении с таковым от 20 Гц до 20 кГц в бытовом усилителе. Примечательна также возможность раздельной регулировки громкости на различных каналах.
Таким образом, чтобы долгое время наслаждаться чистым и качественным звуком, целесообразно заранее изучить все многообразие предложений и подобрать вариант аудио аппаратуры, максимально отвечающий Вашим запросам.