Конструктор усилителя для наушников.
Надеялся, что магазин пришлет этот конструктор на обзор. Не дождался. Купил за свои. Но это и к лучшему - нормально не спеша собрал аппарат. Результат - в этом обзоре.
Продают этот конструктор и на али. Но там он стоит 17$ - . На ebay цена такая же как и на banggood. Ищется по словам «DIY HIFI Fever Amp Headphone Amplifier Kit». В собранном виде не видел.
Характеристики:
Напряжение питания: переменное 15V
Максимальная мощность: 300mW
сопротивление наушников: 32 - 600 ohm
15Hz-100KHz
SNR: >100dB
Искажения: <0.02%
Разделение каналов: >70dB
Пришло в стандартном черном мягком пакетике. Комплектация:
Инструкция на китайском:
Двусторонняя печатная плата - изготовлена качественно, дорожки разведены нормально:
Размер платы - 86 мм х 125 мм. На плате надпись XY HiFi ver 1.1
Отверстий для установки в корпус нет. Предполагается устанавливать в корпус с боковыми «рельсами» под плату. Но их можно просверлить но углам платы - дорожки не повредятся. В этом случае уста вливать плату в корпус лучше на капроновые ножки. Номиналы деталей на плате не подписаны. Подписаны на инструкции. Принципиальной схемы аппарата нет. На странице товара есть ссылка на схему, нарисованную покупателем Vlad-1357
. Если он читает эту страницу - большое ему спасибо.
Я перерисовал ее на компьютере:
Детали:
В блоке питания - 4007 диоды. В оконечном транзистором каскаде - 4148 диоды.
Схема защиты наушников от постоянного напряжения на выходе и задержка включения на микросхеме uPC1237.
Сразу до сборки заменил все конденсаторы на нормальные - WIMA и Nichicon:
Спаял:
Замечания по сборке:
1. Про замену всех конденсаторов писал выше. Как на стоке звучит не знаю.
2. Очень рекомендую заменить операционный усилитель NE5532 на OPA2134PA. Стоимость такого апгрейда около 200 р. Усилитель начинает играть чище и приятнее.
3. По питанию - пробовал запитать схему от двух раздельных обмоток трансформатора на 15 В через диодные мосты - на слух измерений никаких в звуке не заметил. Вернул оригинальную схему питания.
4. Светодиод индикации питания синего цвета. Светит не особо ярко. при желании можно поменять.
5. Переменный резистор регулятора громкости на 50 кОм сначала показался нормальным - не трещал. На нулевой громкости не слышно сигнала. Но потом получше прислушался. Баланс каналов нарушен - правый канал играет громче левого..html).
6. Трансформатор для питания использовал залитый трансформатор BVEI 304 2043 (2.6VA 230V 15V/174mA).
Покупал оффлайн в магазине «Электроника». На пределе усиления (синус на вход с генератора) такой трансформатор греется градусов до 30-40. Понятно, что так скорее всего усилитель никто использовать не будет. В штатном режиме чуть теплый.
7. Транзисторы BD139/BD140 подбирал парами с одинаковым статическим коэффициентом передачи тока h21э с помощью «народного тестера транзисторов».
8. Транзисторы и стабилизаторы питания почти не греются. На радиаторы можно не устанавливать.
9. Гнездо под наушники 3,5 мм заменил шестимиллиметровым гнездом. Отвод под выход с джека сделал для использования усилка в качестве предусилителя, если наушники отключены.
10. Тумблер отключения питания выкинул - запаял перемычкой.
В качестве нагрузки - два резистора на 51 Ом (у меня наушники Sennheiser HD595 50 Ом). Тестируем генератором сигналов:
Максимальное усиление - дальше если увеличивать амплитуду сигнала получаем клипинг:
Впаял временно после диодов выпрямителя в разрыв питания по резистору в 0.22 Ома для измерения тока покоя и макс потребление. Отключил сигнал на входе.
Ток покоя:
По закону Ома по падению напряжения на резисторе считаем 0.005 В / 0.22 Ом =0.022 А
Макс. потребление. Подаем сигнал с генератора до входа усилителя в клипинг и получаем:
Ток плавно увеличивается с увеличением амплитуды входного сигнала. Значит усилитель работает в классе В.
По закону Ома по падению напряжения на резисторе считаем 0.018 В / 0.22 Ом =0.082 А
Итого усилитель максимально потребляет 2*0.082 А* 15 В =2.45 Ватт. Еще сколько то (немного) потребляет защита.
Подключил наушники. Звук понравился. Фона почти не слышно. После размещения в корпус, экранирования входных-выходных цепей, разводки земли и подкл. к корпусу фон пропал. Так же пропало возбуждение усилителя от сотового телефона.
Звук качественный, прозрачный, детальный. Высокие, низкие и средние хорошо слышно. Окраса звука какого-то тоже не слышно. Начинает усилитель играть хорошо сразу. «Прогрев» не нужен. Во время работы усилитель холодный. Для наушников в 100-150$ будет идеальным аппаратом. Более дорогих наушников в наличие не имеется.
Разместил конструкцию в корпусе от старого CDROM. Стандартное решение:-)
Итог:
К сожалению не все меломаны и аудиофилы могут позволить себе высококачественные килобаксовые усилители и колонки, зазывными описаниями которых полны глянцевые журналы. Да и в современных многоквартирных домах такие аппараты не всегда уместны. Соседи могут не разделять ваших музыкальных пристрастий.
Хорошей альтернативой в таком случае могут служить качественные наушники и хороший усилитель к ним. И если качественные наушники сегодня можно купить за вполне разумные деньги, то усилители для них, в тех же глянцевых журналах, отличаются весьма нескромной ценой.
Но прежде чем тратить безумные деньги на усилители для наушников дочитайте эту статью до конца. Здесь мы предлагаем вам описание конструкции усилителя, который при относительно скромных затратах, имеет характеристики не хуже, а некоторые даже лучше, чем у дорогих промышленных аппаратов. Уровень его искажений заметно ниже, чем у дорогих CD- и Blu-Ray-проигрывателей. То есть с таким усилителем вы услышите именно то, что записано на CD-диске, ни больше, ни меньше.
Более того, этот усилитель способен раскачать колонки сопротивлением 8 Ом и выдать около 4,5 Вт музыкальной мощности. Это более чем достаточно для чувствительных систем в спальне, небольшой комнате или офисе.
Особенности усилителя:
- Работа на различную нагрузку от 8 Ом до 600 Ом;
- Ультранизкий уровень шумов и искажений;
- Защита от короткого замыкания;
- Возможность работы с акустикой сопротивлением 8 Ом.
Характеристики усилителя:
Выходная мощность: 100 мВт (8-100 Ом), 25 мВт (600 Ом)
Уровень гармоник на частоте 1 кГц: 0,0006%
Уровень шумов в диапазоне 20-22000 Гц (не взвешенный): 113 дБ
Неравномерность частотной характеристики в полосе 20-20000 Гц: 0,15 дБ
Разделение каналов на частоте 1 кГц: 73 дБ
Максимальная мощность: 4,25 Вт (8 Ом), 3 Вт (16 Ом), 1,5 Вт (32 Ом), 800 мВт (60 Ом), 80 мВт (600 Ом)
Работа в классе «А» до: 18 мВт (8 Ом), 36 мВт (16 Ом), 72 мВт (32 Ом), 80 мВт (600 Ом)
Структурная схема усилителя:
Оба канала состоят из следующих блоков: входного фильтра, который защищает вход усилителя от ВЧ-помех, предварительного усилителя с регулятором громкости, выполненного по схеме Баксандалла, усилителя мощности и выходного фильтра, который изолирует цепь общей обратной связи от негативного влияния реактивных составляющих нагрузки.
Предварительный усилитель построен на трёх спаренных операционных усилителях типа LM833, сконфигурирован по инвертирующей схеме. Регулятор громкости, включенный по схеме Баксандалла, обеспечивает изменение усиления от 0 до -15 раз. Причина такого относительно широкого диапазона регулировки в том, что усилитель должен работать с нагрузкой широкого диапазона сопротивлений, а также от источников сигнала, амплитуда которых тоже весьма различна.
Кроме того такое включение обеспечивает минимальные искажения при малых уровнях сигнала. Дополнительным плюсом являет то, что характеристика регулирования получается очень близкой к логарифмической при использовании переменного резистора с линейной зависимостью.
За прототип усилителя мощности была взята схема 20-ваттного усилителя с несколькими упрощениями и дополнениями. Из схемы исключён промежуточный драйвер, так как ток выходных транзисторов здесь невелик, глубина общей обратной связи сделана 100%, таким образом коэффициент передачи усилителя мощности составляет -1. Использование инвертирующего включения позволяет устранить эффект Эрли для входных транзисторов и довести уровень искажений усилителя мощности до уровня искажений ОУ в предварительном усилителе.
В выходном каскаде использована схема защиты от короткого замыкания, так как при подключении или отключении «джека» наушников от выходного разъёма могут происходить кратковременные короткие замыкания.
Принципиальная схема усилителя представлена на рисунке:
Подробнее о схеме
Так как оба канала идентичны, будут описаны работа и особенности схемы только одного из них.
Все высокочастотные помехи, поступающие на вход усилителя, отфильтровываются входным фильтром, состоящим из индуктивности L1 (ферритовые бусинки, надеты непосредственно на выводы 100-Омных резисторов), резистора 100 Ом и конденсатора 100 пкФ. Далее через разделительный конденсатор 470 нФ отфильтрованный сигнал поступает на вход ОУ, который включен как повторитель напряжения (буферный каскад) для развязки источника сигнала от относительно низкого, да ещё и изменяющегося входного сопротивления регулятора громкости Баксандалла.
Этот регулятор выполнен на операционных усилителях IC2 и IC3. Разделительные конденсаторы выбраны довольно большой ёмкости по 220 мкФ для устранения искажений на низких частотах. Разделительный конденсатор (22 мкФ) обеспечивает отсутствие протекания постоянного тока (вызванного входными токами ОУ) через движок переменного резистора, устраняя тем самым шорохи и трески при регулировании громкости.
Коэффициент передачи этого каскада равен -14,7 (задаётся резисторами в 10 кОм и 680 Ом). Конденсатор на 100 пкФ в цепи обратной связи повышает стабильность каскада и снижает высокочастотный шум.
Как отмечалось выше, переменный резистор для регулировки громкости используется с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота. Но, благодаря его включению в цепь обратной связи получается удобная логарифмическая характеристика регулирования.
Так как усилитель для наушников может подключаться как к линейному выходу аудиоустройств, так и к выходам, рассчитанным на подключение наушников, т.е. с довольно большой амплитудой сигнала, для защиты входа ОУ (особенно в выключенном состоянии) в схему добавлены маломощные диоды Шоттки (D15, D16), которые ограничивают амплитуду входного сигнала на уровне 0,3 В. Указанный тип BAT42 был тщательно отобран автором из всех возможных по минимальным вносимым искажениям. Без ухудшения параметров эти диоды можно заменить на BAT85.
Усилитель мощности построен по классической схеме. На входе дифференциальный каскад, выполненный на транзисторах Q1 и Q2. Входной сигнал подаётся на инвертирующий вход. Неинвертирующий вход соединён через резистор 910 Ом с общим проводом (землёй). Источник стабильного тока для входного каскада построен на транзисторе Q5 и задаёт ток 3 мА. Нагружен дифференциальный каскад на токовое зеркало (транзисторы Q3 и Q4). Эмиттерные резисторы в 68 Ом повышают его точность.
Транзисторы Q8 и Q9 включены как составной транзистор Дарлингтона с общим эмиттером. Его коллекторной нагрузкой является источник стабильного тока, выполненный на транзисторе Q7 и обеспечивающий ток в 15 мА.
Конденсаторы на 680 пкФ и 220 пкФ обеспечивают двухполюсную частотную коррекцию для обеспечения устойчивости усилителя.
Источник напряжения смещения выходного каскада выполнен на транзисторе Q10, который крепится с обратной стороны радиатора одного из выходных транзисторов и тем самым обеспечивает температурную компенсацию тока покоя. Конденсатор на 47 мкФ снижает уровень гармоник при больших уровнях сигнала.
В базы выходных транзисторов включены антивозбудные резисторы на 22 Ом для повышения устойчивости каскада. Для линеаризации каскада и стабилизации тока покоя в эмиттерные цепи включены резисторы по 0,6 Ом (два параллельно включённых резистора по 1,2 Ом)
Так как довольно обычной является ситуация, когда наушники подключаются или отключаются от усилителя во включенном состоянии, да и конструкция разъёмов «джек» не исключает замыкание контактов во время этих операций, автор добавил в свою конструкцию узел защиты выхода усилителя от короткого замыкания.
Транзистор верхнего плеча выходного каскада от короткого замыкания защищен автоматически - его базовый ток ограничен значением тока источника на транзисторе Q7. Защита транзистора нижнего плеча выполнена на элементах Q25 и D7. При достижении коллекторным током Q12 критической величины открывается транзистор Q25 и тем самым ограничивает дальнейший рост базового тока Q12.
Выходной фильтр изолирует выход усилителя от реактивных составляющих нагрузки, что повышает стабильность усилителя. В идеале фильтр должен быть оптимизирован под конкретное сопротивление нагрузки. Но, так как сопротивление наушников разных моделей и разных производителей варьируется в весьма широких пределах, автору пришлось пойти на компромисс. В результате этого частотная характеристика имеет подъём на частотах выше 20 кГц для наушников с высоким сопротивлением и небольшой завал для нагрузки сопротивлением 8 Ом. Но эти отклонения от линейной характеристики имеют очень малую величину (-0,02…+0,13 дБ на частоте 20 кГц) и на слух абсолютно не заметны.
Блок питания
В связи с низким потреблением в схеме использованы общие стабилизаторы для предварительного усилителя и усилителя мощности.
Большое внимание при разработке схемы автор уделил отсутствию щелчков в наушниках при включении/выключении усилителя. В усилителях мощности для этого обычно используют реле, которое подключает нагрузку с задержкой, после окончания всех переходных процессов, и заодно используется в системе защиты. Так как в данном случае выходная мощность и токи незначительны, автор отказался от использования реле.
Это не значит, что вы не услышите при коммутации никаких посторонних звуков. Всё будет зависеть от чувствительности ваших наушников. Но в любом случае щелчки будут незначительными, и не будут вызывать какого-либо дискомфорта.
Частично это достигнуто за счёт отказа от конденсатора между базой транзистора Q5 и положительной шиной питания, который обычно обеспечивает задержку включения источника тока входного каскада, из-за чего в динамиках можно услышать довольно мощный щелчок.
Также устранению щелчков способствуют диоды D11 и D12 и резисторы на 10 Ом и 47 Ом, включенные в шины питания усилителя мощности. Аналогично диоды D9 и D10 в предварительном усилителе предотвращают возможное смещение операционных усилителей в моменты включения.
Как отмечалось выше, усилитель способен работать на динамики сопротивлением 8 Ом. Для этого в схему нужно внести небольшие изменения. Заменить предохранитель в источнике питания на 2 А, а ёмкость фильтрующих конденсаторов увеличить до 4700 мкФ. Всё!
Вот такой получился усилитель: честный - благодаря сверхнизкому уровню шума и искажений, он не добавляет ничего своего в звучание; универсальный - с помощью этого усилителя можно подружить практически любые наушники с любым источником сигнала.
Конструкция усилителя очень проста. Абсолютно все элементы размещены на одной печатной плате размерами 198 x 98 mm. Перед началом сборки следует проверить, что все крупногабаритные детали уместятся на плате, а крепежные отверстия подобранных радиаторов и других элементов совпадают.
Сборка начинается с установки 10 проволочных перемычек, выполненных лужёным проводом диаметром 0,7 мм. Затем следует смонтировать все резисторы, не забыв одеть на выводы 100 Омных резисторов на входе усилителя ферритовые кольца.
Следующим шагом устанавливаются все диоды с соблюдением полярности! Микросхемы операционных усилителей можно установить как в специальные панельки, так и непосредственно запаять в плату.
После этого смонтируйте керамические и плёночные конденсаторы, затем маломощные транзисторы. Обратите внимание, что в усилителе используется 4 типа транзисторов. При монтаже следите за правильностью типа и цоколёвки устанавливаемого транзистора. Теперь можно запаять два триммера на 500 Ом и держатель предохранителя.
Устанавливаем электролитические конденсаторы (кроме двух на 2200 мкФ в блоке питания).
Установка светодиода
Перед монтажом светодиода нужно согнуть его выводы под 90 градусов на расстоянии 4 мм от его нижнего торца. Не забудьте про полярность! Отверстие для анода на плате обозначено буквой «А». Светодиод запаивается в плату так, что высота горизонтальной части выводов составила 6,5 мм над поверхностью платы. Это обеспечит совпадение индикатора с отверстием в передней панели корпуса. Для облегчения процесса можно использовать картонную полоску в качестве шаблона.
Катушки индуктивности
Катушки индуктивности L3 и L4 намотаны на небольших пластиковых каркасах с воздушным сердечником. Для удобства их изготовления рекомендуется сделать небольшое приспособление, как показано на рисунке:
Для намотки используется эмалированный медный провод диаметром 0,8 мм (с изоляцией). Зажав 20 мм провода (это будет начало катушки) мотаем 20,5 витков и фиксируем второй конец катушки (примерно тоже 20 мм.) Надеваем на катушку термоусадочную трубку (для одной катушки понадобится трубка длинной 10 мм и диаметром 20 мм). При нагревании термоусадки старайтесь не расплавить каркас самой катушки.
Вторая катушка мотается аналогично. После намотки выводы катушек следует зачистить от лака и облудить. Можно монтировать их на плату.
Завершаем сборку печатной платы
Монтируем выключатель питания. Его корпус должен быть плотно прижат к плате. Затем устанавливаем разъём питания и входные разъёмы. Используйте RCA-разъёмы разных цветов - красный для правого канала, белый - для левого.
Припаяйте экран между катушками. Это может быть оловянная пластина размерами 35×15 мм, вырезанная из консервной банки ножницами по металлу.
Установка регулятора громкости
Перед установкой потенциометра его надо слегка доработать (если вы в точности повторяете конструкцию автора). Использовался сдвоенный резистор диаметром 16 мм.
Если у вашего резистора плоская часть занимает не всю длину вала, то есть не доходит до резьбового крепления, то её необходимо продлить. Для этого конец вала нужно осторожно зажать в тисках и надфилем удлинить плоскую часть вала до самой резьбы. После этого вал нужно укоротить до 7 мм (просто отпилите лишнюю часть).
После этих операций резистор можно монтировать на плату. Для дополнительной жесткости крепления, а так же для заземления металлического корпуса резистора (а заземлить его нужно обязательно) используется отрезок одножильного луженного медного провода длиной 80 мм. На верхней части корпуса резистора надфилем зачистите небольшой участок. После этого запаяйте подготовленную перемычку к предусмотренным для неё контактам платы, надежно прижав при этом к корпусу резистора. В заключении припаяйте перемычку к подготовленной (зачищенной) площадке на корпусе резистора.
Монтаж радиаторов
На радиаторы устанавливаются два стабилизатора напряжения и шесть транзисторов выходного каскада усилителя мощности. Радиаторы имеют штыревые крепления, под которые на плате предусмотрены отверстия.
Сборку начинают с установки на радиаторы микросхем 7812 и 7912, как показано на рисунке:
Металлический фланец стабилизаторов необходимо изолировать от радиаторов с помощью силиконовых или слюдяных прокладок. До запаивания контактов элементов в плату не затягивайте крепежный винт у радиатора. Это поможет точнее отрегулировать положение радиатора и микросхем, проверить и, если нужно, откорректировать положение изолирующей прокладки. Только после того, как вы убедитесь, что элементы установлены на плате правильно и ровно, надёжно припаяны, а изоляция не допускает замыкания, можно затянуть винт, обеспечив хороший тепловой контакт поверхности радиатора и элементов.
Два мощных транзистора TIP32 (Q12 и Q24) устанавливаются аналогично стабилизаторам. В отличие от них, на радиаторы для двух транзисторов TIP31 (Q11 и Q23) с обратной стороны устанавливаются транзисторы термокомпенсации BD139.
На рисунке показан их монтаж:
Оба транзистора изолируются от радиаторов с помощью изоляционных прокладок и шайб.
В последнюю очередь устанавливается выходной разъём и электролитические конденсаторы блока питания. Не забудьте, если предполагается эксплуатация усилителя с 8-Омными динамиками, то в блоке питания следует установить два конденсатора по 4700 мкФ. При этом их габариты должны быть не больше чем 16 мм в диаметре и 30 мм по высоте (для авторского варианта корпуса).
Усилитель размещен (в авторском варианте) в стальном корпусе в половину стандартного размера 1-U. Если у вас другой корпус, то возможно разъёмы и органы управления придётся вынести за пределы печатной платы. При этом входные RCA-разъёмы необходимо подключать экранированным проводом.
Тестирование и настройка
После сборки печатной платы усилитель может быть протестирован.
Во-первых, установите оба триммера и потенциометр регулятора громкости против часовой стрелки в крайнее положение. Включите мультиметр на максимальный предел по переменному току и подключите его щупы к контактам предохранителя (сам предохранитель устанавливать не надо). Подключите блок питания и подайте питание на усилитель. Мультиметр должен показать 120 мА (±20 мА) без установки ОУ, или 160 мА (±20 мА), если ОУ установлен.
Если показания прибора отличаются от указанных, отключите питание, проверьте плату на предмет обрыва дорожек, замыкания контактов, правильность установки деталей (особенно диодов и транзисторов).
Если ошибок не обнаружено, установите операционные усилители и вновь подайте питание. Ток потребления должен составить 160 mA (±20 мА).
Теперь выключите питание, установите предохранитель и подключите мультиметр в режиме измерения напряжения к контрольным точкам ТР1 и ТР2. После подачи питания напряжение здесь должно быть близко к нулю.
Теперь медленно вращайте VR2 по часовой стрелке. Сначала ничего не произойдет, но, в конечном счете, показания прибора должны начать расти. Устанавливаем значение 28,5 mV. Это соответствует току покоя левого канала 47,5 mA. Следует отметить, что показания могут медленно расти, так как транзистор начнёт нагреваться. Подождите несколько минут, после чего откорректируйте настройку. После этого отключите питание и подключите мультиметр к контактам ТР3 и TP4. Аналогично триммером VR3 установите ток покоя правого канала.
Теперь можно провести окончательный тест. Подключите к усилителю наушники и источник сигнала. Медленно увеличивайте громкость. Если всё работает нормально, вы должны услышать звук в обоих каналах.
При условии, что ток покоя установлен правильно для обоих каналов, в режиме ожидания (молчания) общий ток потребления будет около 340 мA, то есть потребляемая мощность составит около 4 Вт.
Эксплуатация усилителя
Прежде чем надеть наушники всегда устанавливайте ручку громкости на минимум, а затем плавно отрегулируйте комфортный для вас уровень громкости. Если этого не сделать, вы можете повредить свой слух! Кто-то может оставить регулятор громкости в положении максимума или изменить уровень выходного сигнала источника, который вы слушали последний раз.
Точно так же, не слушайте наушники на высокой громкости длительное время. Это особенно важно при эксплуатации усилителя для наушников, так как вы можете подвергать себя опасным уровням громкости, не чувствуя при этом какого-либо дискомфорта, и тем более это не будет замечено окружающими. В таблице представлены рекомендуемое максимальное время прослушивания наушников в зависимости от уровня громкости (уровня звукового давления) в диапазоне 88-115 dBA.
Короче говоря, избегайте привычки слушать музыку в наушниках на большой громкости!
Вольный перевод Главного редактора «РадиоГазеты»
Наверно многие из вас сталкивались с такой проблемой, когда подключив свои наушники к MP3 плееру или телефону, громкость была недостаточной, иными словами мощности плеера или телефона не хватало для того чтобы обеспечить громкий, чистый звук. И как же быть в этом случае?
Для этого можно собрать усилитель для наушников своими руками. Его схема довольна проста и любой радиолюбитель, неважно, начинающий или опытный сможет сделать его, проявив аккуратность и внимательность.
При создании этого усилителя мне хотелось сделать его необычным, хотелось уйти в сторону от классического пластикового корпуса. Вспомнив что любители моддинга компьютеров часто делают прозрачные корпуса для своих ПК я тоже решил сделать корпус своего усилителя прозрачным. А в качестве изюминки - отказаться от печатной платы и сделать все навесным монтажом.
Разработка схемы велась в программе Eagle . Это классический усилитель на сдвоенном операционнике OPA2107 .
Ниже приведена схема усилителя для наушников своими руками:
Список необходимых деталей для блока питания усилителя:
- Разъем питания;
- Светодиод 5 мм (любого цвета);
- R1LED - резистор номиналом от 1К до 10К (1 Вт);
- CP1, CP2 - электролиты 470 мкФ (на напряжение 35 или 50 Вольт);
- RP1, RP2 - 4,7К (1 Вт);
Список деталей для усилителя:
- IC1 - сдвоенный операционный усилитель OPA2107;
(примечание - на принципиальной схеме операционный усилитель обозначен как OPA2132, дело в том что вначале я планировал использовать его); - C1L, C1R - 0.68 мкФ 63 В (для входного аудио сигнала);
- C2, C3 - 0,1 мкФ (пленочные, для стабилизации операционного усилителя);
- R2L, R2R - 100К (0,5 Вт);
- R3L, R3R - 1К (0,5 Вт);
- R4L, R4R - 10К (0,5 Вт);
- R5L, R5R - перемычка (не обязательно);
- Стерео джек - 2 шт;
Так как я решил сделать все навесным монтажом, то я приступил к изготовлению каркаса. Здесь вам понадобятся аккуратность и внимательность, т.к. корпус будет прозрачным и любые недочеты сразу же будут видны.
Для шины питания я использовал одножильный медный провод, 1 мм толщиной, взятый из обрезков кабеля которые использовались для домашней электропроводки.
В качестве блока питания отлично подойдет любой трансформаторный блок питания с напряжением 12 Вольт и выходным током от 300 мА. Желательно использовать трансформаторный БП, так как использование импульсных может привести к наводкам (будет слышен постоянный гул в наушниках).
Для разъема питания я использовал вот такой разъем: (центральный контакт это плюс питания).
Для того чтобы формировать одинаковые выводы резисторов и проводов я использовал обычную отвертку. Вы можете использовать разные диаметры для больших или меньших радиусов.
Немного ниже вы можете увидеть разводку блока питания. На входе у блока питания 12 Вольт, которые затем с помощью делителя напряжения (резисторов RP1 и RP2, по 4.7 кОм) превращаются в +6 Вольт и −6 Вольт. Дело в том, что для операционного усилителя необходимо двухполярное питание. Провод в центре - это так называемая «виртуальная земля», которая ни в коем случае не должна соединятся с настоящей землей (на разъеме питания).
Два больших конденсатора на 470 мкФ 50 Вольт в паре с конденсаторами по 0,1 мкФ необходимы для того, чтобы уменьшить наводки на ОУ и повысить стабильность его работы. Для этого нужно постараться расположить их как можно ближе к выводам ОУ.
Вот еще несколько фотографий с разных ракурсов, на которых видно как я выполнил монтаж.
После того, как вы закончили пайку можно приступить к проверке усилителя. Небольшой совет, для проверки не нужно использовать свои самые классные наушники, достаточно каких-то простых. Дело в том, что если Вы где-то запутались и припаяли детали не по схеме, то вполне возможен такой вариант при котором вы испортите свои наушники. Но надеюсь что при проверке у вас все будет хорошо.
Так как усилитель в дальнейшем будет заливаться эпоксидной смолой, то я решил немного приподнять его, чтобы при заливке он оказался точно по центру корпуса. Для этого я припаял небольшие выводы снизу.
Я подумал что было бы неплохо еще чуть-чуть облагородить дизайн усилителя и поэтому решил распечатать наклейки на аудио разъемы. Я подготовил их в Adobe Photoshop , затем распечатал на тонкой фотобумаге и приклеил к разъемам на двусторонний скотч.
В течении некоторого времени я размышлял над дизайном корпуса и материалом из которого будет сделана форма для заливки. Я остановил свой выбор на 1,5 мм пластике, он отлично режется обычным канцелярским ножом, оставляя при этом очень ровный край.
Затем я разработал форму для заливки, используя все тот-же Eagle . Вырезав все части я приступил к сборке. Для того чтобы облегчить эту процедуру я сначала прихватил все углы с помощью суперклея, затем 2 раза проклеил каждый шов, что обеспечило полную герметичность.
Самый простой способ узнать объем эпоксидной смолы для заливки это залить форму водой, а затем вылить содержимое в чашку и узнать получившийся объем и вес. Конечно, можно измерить объем с помощью линейки - но способ с водой показался мне проще.
Для заливки я использовал прозрачную эпоксидную смолу. Конкретно для этой смолы соотношение отвердителя и смолы должно быть 1: 50. Было довольно сложно отмерить такое малое количество отвердителя, для этого пригодились ювелирные весы. А вообще же, для разных марок эпоксидных смол соотношение отвердителя и смолы различается, смотрите инструкцию.
Смешанную смолу необходимо медленно вливать по стенке формы, для того чтобы избежать появления пузырьков. На картинке ниже видно что при заливке смолы я налил немного больше чем требуется, смола при этом не выливается благодаря поверхностному натяжению. Это нужно потому что эпоксидная смола при затвердевании немного уменьшается в размерах.
При затвердевании эпоксидной смолы происходит обильное выделение тепла (в моем случае температура была 62 градуса). Затем форма накрывается, для того чтобы предотвратить попадание пыли и мусора на поверхность.
Я оставил затвердевать эпоксидную смолу на сутки. По прошествии этого времени она высохла и я приступил к снятию формы. Для этого я использовал ленточную шлифмашину.
Затем с помощью фрезера я сточил фаски и все острые углы.
Для полировки корпуса я сначала использовал наждачную бумагу с зернистостью 600, а окончательную полировку проводил «на мокрую» 1200-й мелкозернистой наждачкой.
Ну и напоследок вот еще несколько фотографий готового усилителя для наушников своими руками:
Теперь вы знаете, как сделать усилитель для наушников своими руками.
Как говорится - все гениальное просто. Данный усилитель состоит из минимума деталей, обеспечивая сигналу прохождение через минимум элементов, и тем самым оберегая его от искажений, которые эти элементы могут внести.
Усилитель имеет мощность 500мВт. Расчетный уровень искажений, при применении микросхемы на подобии OPA2134 - 0.001%. Сопротивление нагрузки 32-300 Ом.
На R1 и R2 собран регулятор громкости, точнее это один сдвоенный резистор. По входу стоит бутерброд из конденсаторов 4.7 и 0.47мкФ, позволяющий добиться максимальной линейности. На IC1.1 и IC1.2 собраны инвертирующие усилители с коэффициентом усиления равным 4. Далее Следуют повторители на транзисторах. ООС образуют R6 и R5. R11 и R12 ограничивают ток поступающий с ОУ на базы повторителей, от этого ОУ проще живется, и искажений чуть меньше. R7, R8, R9, R10 ограничивают ток транзисторов повторителя и защищают их от сквозных токов. Схема питается от двухполярного напряжения и имеет встроенные цепочки фильтрации на микросхемах-стабилизаторах 7812 и 7912. На выходе стоят конденсаторы предотвращающие попадание постоянного напряжения на выход.
В качестве IC1 можно использовать LM358 как самый доступный вариант, но для качественного звука советую поставить аналог подороже.
Печатная плата включает все элементы, кроме разъемов. Ее размеры составляют всего 50х50мм. Такой размер был выбран с целью в дальнейшем заказать платы у китайцев, уложившись в самый дешевый лот размером 5х5см. Вообще первоначально данный проект планировалось использовать как коммерческую разработку, но я все-же решил выложить его в открытый доступ.
Первая плата изготовлена методом плоттерной аппликации:
Пала небольшая, поэтому крепление осуществляется посредством штатной гайки переменного резистора. В сборе устройство выглядит так:
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | Операционный усилитель | OPA2134 | 1 | LM358 | В блокнот | |
| Линейный регулятор | LM79L12 | 1 | В блокнот | |||
| Линейный регулятор | LM78L12 | 1 | В блокнот | |||
| VT1, VT3 | Биполярный транзистор | BC547 | 2 | В блокнот | ||
| VT2, VT4 | Биполярный транзистор | BC557 | 2 | В блокнот | ||
| R1, R2 | Переменный резистор | 50 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R3, R4 | Резистор | 47 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R5, R6 | Резистор | 200 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R7-R12 | Резистор | 10 Ом | 6 | В блокнот | ||
| 1000 мкФ | 4 | В блокнот | ||||
| Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| Электролитический конденсатор | 10 мкФ | 2 |
При построении нового усилителя для наушников у меня была цель построить компактную и простую в настройке схему с отличным звуком на распространенных комплектующих.
В качестве УН решено было использовать операционный усилитель, который и обеспечивает усиление по напряжению в 2-3 раза. В качестве выходного буфера к ОУ я применил модификацию повторителя Тейлора-Уайта. Выбранное решение позволяет снизить ток покоя в 2-3 раза по сравнению с «честным классом А», что положительным образом сказывается на тепловыделении усилителя.
Схема усилителя AH-P2
Коэффициент усиления усилителя задается отношением R13 / R8. При использовании высокоомных наушников R13 можно увеличить до 47кОм. В качестве ОУ можно использовать AD744 и NE5534, используя 5 вывод. Печатная плата позволяет использовать и другие ОУ, мной были опробованы: ADA4627, LME49990, OPA627, OPA827, OP42, AD845, К544УД2, но уже со стандартным выходом (6 вывод). Субъективно наиболее интересные по звуку для меня оказались AD744 и наша К544УД2А. Поэтому в усилителе предусмотрена цепочка подстройки 0, для К544УД2. У нее разброс параметров очень большой, для импортных ОУ подстройка 0, как показала практика, особо не нужна. Для работы К544УД2 с низким КУ потрбуется также включить цепочку частототной коррекции, замкнув выводы 1 и 8, можно также ее ослабить и вместо перемычки установить конденсатор емкостью ~15-22пФ, при этом контролировать стабильность работы ОУ.
Питание усилителя
Оба канала усилителя питаются от общего стабилизированного источника питания с выходным напряжением ±8.2в, стабилизаторы для положительного и отрицательного напряжения выполнены по классической схеме ИОН-ФШ-ОУ, что позволяет получить предсказуемо отличный результат без лишних затрат.
Настройка усилителя предельно проста. Для работы на нагрузку 250 Ом и выше рекомендуется выставить ток покоя ~ 25мА. При работе на нагрузку 64 Ома для минимизации искажений ток покоя придется увеличить до 40-45мА, при этом выходные транзисторы усилителя и стабилизатора придется оснастить радиатором. При работе на нагрузку 32Ома ток покоя рекомендуется выставить ~50-55мА.
Печатная плата
Усилитель собран на двусторонней печатной плате размером 50х100мм. Плата подготовлена для заказа на производстве. Плата предусматривает установку транзисторов как в to126 исполнении (например BD139) так и в SMD исполнении SOT-223 (например BCP56). Аналогично в стабилизаторе питания могут быть установлены BD139/BD140 или BCP56/BCP53.
3D-вид печатной платы усилителя для наушников AH-P2 с компонентами:
Результаты измерений усилителя в RMAA
Как можно видеть искажения усилителя крайне низкие. При токе покоя 60мА гармонические искажения усилителя при работе на резистивную нагрузку 64 Ома, составили всего 0.0002% (4В RMS). Что практически идентично искажениям самого измерительного стенда, твикнутой ASUS Xonar ST.
Фотографии готовой конструкции
Ниже привожу фотографии готовой конструкции. На первом фото первая версия усилителя AH-P2 (плата v1.0 предусматривала установку ОУ только в soic8 исполнении) в связке с мультиформатным ЦАП на базе ak4490 (красная плата). На втором версия 1.2 усилителя с К544УД2А. Реальные замеры искажений усилителя с К544УД2А находятся в диапазона 0,0006%-0,0002% в зависимости от экземпляра ОУ.
