Если вы являетесь счастливым обладателем лампового усилителя , то, скорее всего, при желании послушать любимые композиции единолично, через наушники, вы сталкиваетесь с неудобством, вызванным отсутствием выхода на головные телефоны.
Да и обладателям дорогих или не очень смартфонов и планшетов тоже приходится несладко — эти аппараты чаще всего не в состоянии раскачать качественные высокоомные наушники . Поэтому любимые композиции звучат совсем не так, как на профессиональной аппаратуре.
Конечно, если вы истинный меломан и музыка для вас дороже денег, то вас ни что не остановит от покупки предварительного усилителя за 6000 $, усилителя для наушников за 5000$ и самих наушников за 2000$. И погрузиться в нирвану... Однако, если ситуация с деньгами не такая радужная, или вы любите всё делать своими руками, то, оказывается, можно собрать высококачественный усилитель для наушников всего за... 30$.
А зачем он вам???
А нужен ли вам прецизионный усилитель? Это зависит от ваших музыкальных пристрастий и привычек. Если вы привыкли слушать музыку «на бегу», то есть с портативных устройств на прогулке, пробежке, в тренажерном зале и других подобных местах, то описываемый ниже проект не для вас. Просто постарайтесь подобрать к своему аппарату максимально подходящие по характеристикам и звучанию наушники.
Точно также следует поступить, если вы любите музыкальные стили, где присутствуют сильные искажения сигнала, типа рока, хеви-металла и подобные.
Тем не менее, если вы предпочитаете слушать музыку в тихой уютной обстановке у себя дома или в офисе, и ваши вкусы тяготеют к живой и натуральной музыке типа классической, джазовой, или чистому вокалу, вот тогда вы сможете по достоинству оценить качество звучания и точность связки прецизионный усилитель плюс высококачественные наушники.
Варианты
Допустим, вы решили, что усилитель для наушников вам необходим. Каков следующий шаг? В Интернете можно найти массу проектов с использованием вездесущего LM386 . Микросхема стала популярной благодаря высокой надёжности, низкой стоимости, возможности работать с однополярным питанием и малому количеством внешних элементов. Такие усилители обычно хорошо справляются с недорогими наушниками, но все эти достоинства меркнут, если сравнить уровень шумов и искажений LM386 и хорошо спроектированного усилителя на дискретных элементах или на специализированных микросхемах.
Если у вас найдётся около 30$ и не пугает работа с элементами для поверхностного монтажа (SMD-элементы), то представленный здесь проект именно то, что нужно.
Идеи и схема
При проектировании данной схемы брались в расчёт следующие моменты:
- Усилитель должен работать с относительного высокоомным выходом лампового предусилителя или усилителя электрогитары. Другими словами, входное сопротивление должно быть легкоперестраиваимое для источников с разным выходным импедансом.
- малое количество компонентов. Поэтому были выбраны микросхемы вместо транзисторов.
- небольшие усиление и мощность. Требуется раскачать чувствительные динамические наушники , а не акустическую систему.
- усилитель должен справляться с высокоомными наушниками. Автор использует Sennheiser HD 600 (сопротивление 300 Ом).
- получить максимально низкие шумы и искажения.
Принципиальная схема прецизионного усилителя для наушников представлена на рисунке:
Увеличение по клику
При разработке этой конструкции рассматривались микросхемы таких производителей как National Semiconductor, Texas Instruments и другие. Масса полезной информации была найдена на ресурсах Headwize и форумах DiyAudio.
В результате, выбор пал на прецизионный драйвер для наушников от Texas Instruments TPA6120A2 и операционные усилители AD8610 отAnalog Devices для входного буфера.
Схема получилась относительно простой, с двухполярным питанием. Если вы уверены в отсутствии постоянной составляющей на выходе вашего источника сигнала, то разделительные конденсаторы (С24 и С30) могут быть исключены из тракта с помощью перемычек Н1 и Н2.
Блок питания обеспечивает на выходе напряжения ±12В при нагрузке до 1А. Его схема представлена на рисунке:
Увеличение по клику
Часто в аудиофильских конструкциях стоимость блока питания в несколько раз превышает стоимость самой усилительной части. Здесь получилось немного лучше — стоимость элементов для блока питания составляет примерно 50$ и самые дорогие элементы здесь трансформатор и электролитические конденсаторы. Можно немного сэкономить, если заменить тороидальные трансформатор на обычный Ш-образный, отказаться от светодиодов и предохранителей на выходе блока.
Была опробована версия с отдельными стабилизаторами для каждого канала TPA6120A2 (микросхема имеет отдельные выводы питания для каждого канала). Разницу ни услышать, ни измерить не удалось, что позволило существенно упростить блок питания.
Так как все, используемые в усилителе микросхемы, имеют низкую чувствительность к шумам и помехам по цепям питания, а также высокий уровень подавления синфазных помех, то применение в блоке питания типовых интегральных стабилизаторов оказалось достаточным для получения высоких характеристик.
TPA6120A2
Микросхема TPA6120A2 от Texas Instruments представляет собой высококачественный усилитель для наушников высокой верности. В ней используется архитектура усилителя с дифференциальным входом, несимметричным выходом и обратной связью по току. Именно благодаря в большей мере последней получаются низкие искажения и шум, широкая полоса частот, высокое быстродействие.
Микросхема содержит два независимых канала с отдельными выводами питания. Каждый канал имеет характеристики:
- выходная мощность 80 мВт на нагрузке 600 Ом при питании ± 12В при уровне искажений+шум 0,00014%
- динамический диапазон более 120 дБ
- уровень сигнал/шум 120 дБ
- диапазон напряжения питания: ± 5В до ± 15В
- скорость нарастания выходного напряжения 1300В/мкс
- защиту от короткого замыкания и перегрева
Для сравнения уровень искажения+шум у «народной» микросхемы LM386 составляет 0,2%. Хотя, конечно, высокие параметры ещё не гарантируют качественно звучания. Для получения максимального результата надо учесть рекомендации производителя по выбору внешних элементов и топологии печатной платы. Всё это можно найти в технической документации на данную микросхему.
AD8610
Микросхема AD8610 от Analog Devices представляет собой операционный усилитель с полевыми транзисторами на входе, что даёт низкое напряжение смещения и дрейфа, низкий уровень шумов, малые входные токи. По уровню шума и скорости нарастания выходного напряжения эти операционные усилители отлично гармонируют с TPA6120A2.
Однако, не поленитесь и попробуйте их заменить другими ОУ. По расположению выводов AD8610 совместимы с другими аудиофильскими микросхемами. Тем более, что многие меломаны утверждают, будто слышат разницу в звучании ОУ!
Пассивные компоненты
Не все резисторы одинаковые! И если вам позволяет бюджет, используйте в данной конструкции металлоплёночные резисторы, которые несколько дороже, но имеют ниже шумы и выше стабильность. При желании сэкономить металлоплёночные резисторы следует поставить хотя бы во входных цепях (у AD8610), где чувствительность к шумам самая высокая.
Конденсаторы на пути сигнала С23, С24, С29, С30 лучше поставить плёночные. Конденсаторы по цепям питания микросхем производитель рекомендует керамические.
Основное требование к сигнальным разъёмам — надёжный контакт. В своей конструкции автор использовал обычный «джек» для подключения наушников и позолоченные RCA-разъёмы с тефлоновой изоляцией для подключения сигнального кабеля.
На принципиальной схеме показан вариант усилителя для работы от лампового предварительного усилителя, в котором осуществляется регулировка громкости. Если конструкцию предполагается сделать более гибкой и универсально, то, конечно, на входе желательно предусмотреть свой регулятор громкости. Для достижения максимального качества и чтобы не ухудшить характеристики усилителя здесь следует применить качественный потенциометр.
Бюджетной версией может быть изделия фирмы Alpha или RadioShack стоимостью около $3. За 40$ можно приобрести уже изделие аудиофильского класса от ALPS. Наилучшим решением будет использование галетного аттенюатора от DACT или GoldPoint. Их стоимость составляет примерно 170$. Кстати, на eBay можно найти подобные аттенюаторы китайского производства всего за 30$. Номинал потенциометра может быть в пределах 25-50кОм. Использование шагового аттенюатора кроме удобства регулировки громкости дополнительно гарантирует идентичность регулировки в обоих стереоканалов, что в усилителе для наушников особенно важно.
Конструкция
Все элементы конструкции (кроме силового трансформатора) размещаются на одной печатной плате. Если вы решите использовать внешний блок питания или собрать его по другой схеме, около 70% печатной платы останутся свободными.
Схема расположения элементов представлена на рисунке:
Увеличение по клику
На рисунке представлен чертёж печатной платы со стороны деталей:
Увеличение по клику
На рисунке представлен чертёж нижней стороны печатной платы:
Увеличение по клику
Чертежи печатных плат в народном формате SLayout можно забрать
Главная особенность монтажа: на корпусе с нижней стороны TPA6120A2 есть контактная площадка примерно 3×4мм. Она должна быть припаяна к площадке на печатной плате под микросхемой, которая служит теплоотводом.
Фотография готовой конструкции:
При первом включении следует вынуть два предохранителя на выходе источника питания и убедиться в его работоспособности. Если выходные напряжения в норме, верните предохранители на место. Сам усилитель в наладке не нуждается.
Разместить плату можно в корпусе подходящих размеров, желательно металлическом для экранирования от внешних помех.
Заключение
Субъективно усилитель звучит на одном уровне с профессиональным студийным оборудованием. При сравнении с LM386 эта конструкция показала более ровное, чистое и детальное звучание.
Схема получилась довольно гибкой и легко настраиваемой под различные нужды. Так, например, сам автор собрал два экземпляра усилителя. Один по приведённой схеме для эксплуатации совместно с ламповым предусилителем. Второй экземпляр был рассчитан на работу со смартфоном и гитарным усилителем, потому был дополнен на входе фильтром высокочастотных помех и регулятором громкости. Кроме того, для повышения усиления (смартфон выдавал недостаточный уровень сигнала) были изменены номиналы резисторов R6 и R14 на 2кОм.
Изменяя номиналы этих резисторов, вы можете менять коэффициент усиления в широких пределах.
Вариант печатной платы усилителя от наших «друзей-марсиан», рассчитанный на установку элементов в «стандартных» корпусах (используемых в конструкции микросхем в DIP-корпусах не существует):
Анимированная демонстрация платы во всех ракурсах
Высокотехнологичный корпус из изоленты. Изначально плату делал под термоусадочную трубку - но буквально миллиметра не хватило, не влезло. Ну, тем не менее, мне нравится.
Цена вопроса
Кусочек одностороннего текстолита: 2 рубляMAX9724 - 7.78 рублей
4 резистора - 0.07*4 = 0.28 рубля
Конденсаторы - 0 (даже если покупать, ~30 рублей макс.)
Разъемы - 0 (если покупать, ~20-30 рублей)
Изолента для хайтек корпуса - 1 рубль
Итого - это ровно 11.06 рубля для меня, и порядка 61.06 рублей если все покупать:-)
Результаты
Конечно, я сразу наткнулся на известную проблему: при работе с аудио к одной земле нельзя подключаться в двух местах (земля USB и земля звукового разъема). В этом случае по земле пролазят помехи, которые отфильтровать невозможно, и никакой стабилизатор питания тут не поможет. (проблема в том, что у USB - свой уровень земли, у звука - свой, и у нашей платы свой. В зависимости от потребляемого тока земля приподнимается везде по разному и это дает неустранимую помеху).Решить эту проблему можно или избавившись от звукового подключения (USB DAC) или от питания (аккумулятор или другой блок питания). Использование блока питания с USB выходом меня полностью устроило в связи с тем что они везде есть и стандартны.
Конечный результат - выше любых ожиданий. Никаких нареканий на качество, абсолютный 0 шума, комфортный уровень громкости - от 22 до 40%, и запас для «вытягивания» тихих записей. Звук смачнее (главное помнить, что басы тут от 0Гц) и все такое, да и вообще - аудиодевайсы сделанные своими руками всегда особенно хорошо звучат:-)
От готовых китайских девайсов (вроде того-же FiiO E3) отличает более низкая цена (sic!), сборка с комплектующими «с запасом», отсутствие конденсаторов в аудио тракте, большая мощность при работе с высокоомными наушниками (300 Ом) за счет более высокого напряжения питания ну и качество звука в теории обещает быть выше (на практике я бы вероятно не услышал разницы).
PS. Как я выше упоминал - усилитель нужен не для того чтобы портить себе слух сверхвысокой громкостью (не говоря уже о порванных наушниках ), а для раскачки «тяжелых» наушников с низкой чувствительностью, если выход звуковой карты слишком дохлый. Ну и тихие записи / фильмы вытягивать без софта…
PS2. Отрыв плюсов от «добавлено в избранное» в 4 раза, рекорд:-)
— новое семейство операционных усилителей (ОУ) отличается лучшим в отрасли соотношением быстродействия и потребляемого тока. Семейство rail-to-rail по входу и выходу ОУ LTC6261/LTC6262/ LTC6263 (одиночный, сдвоенный и счетверенный) обеспечивает усиление сигналов в полосе 30 МГц при токе потребления всего 240 мкА и максимальном напряжении смещения 400 мкВ. В сочетании с диапазоном напряжений питания от 1.8 В до 5.25В,эти ОУ позволяют создавать приложения с бескомпромиссными характеристиками при низком напряжении питания и минимальном потреблении мощности.
Мостовой усилитель с дифференциальным выходом
Высококачественный усилитель для наушников имеет низкий ток потребления при широкой полосе пропускания и хорошие шумовые характеристики обеспечивают отличное качество при рассеиваемой мощности, составляющей лишь часть от того, что требуется для обычного портативного аудио оборудования. Уникальные возможности LTC6261 позволяют пересмотреть подход к конструированию усилителей для наушников.
Сопротивления динамиков наушников лежат в диапазоне от 32 Ом до 300 Ом, а их чувствительность находится в пределах от80 flOWOflBSPLHai мВт и выше. Это означает, например, что для достижения звукового давления 110 дБ SPL в динамике с чувствительностью 90 дБ SPL на 1 мВт к нему потребуется подвести мощность 100 мВт. При сопротивлении 32 Ом необходимые среднеквадратичные значения тока и напряжения равны 56 мА и 1.8 В, а при 120 Ом — 29 мА и 3.5 В.
При напряжении питания 3.3 В и использовании выхода одного усилителя LTC6261 обеспечить ток, необходимый для получения мощности 100 мВт, невозможно. Однако комбинации двух работающих в противофазе усилителей достаточно для того, предать в нагрузку мощность более 100 мВт (Рисунок 1). Добавив еще одну такую же мостовую схему, можно обеспечить необходимой мощностью оба канала -левый и правый.
LTC6263 содержит четыре усилителя в одном небольшом корпусе. На Рисунках 2 и 3 показаны характеристики мостового драйвера, построенного на сдвоенном усилителе LTC6262. Ток, потребляемый двумя усилителями при входном напряжении 1 В пик-пик, но без нагрузки, равен 500 мкА.
Схема состоит из инвертирующего каскада, коэффициент усиления которого при замкнутой петле обратной связи равен 1.5, и следующего за ним инвертирующего каскада с единичным усилением. Объединение инвертирующих каскадов образует усилитель в несимметричным входом и дифференциальным выходом, коэффициент усиления которого равен трем.
При входном сигнале 500 мВ пик-пик размах выходного напряжения равен 1.5 В, амплитудное значение 0.75 В, а среднеквадратичное -0.53 В. При этом мощность, выделяемая на нагрузке 50 Ом, равна приблизительно 5.6 мВт. При входном напряжении 1 В пик-пик эта мощность увеличивается до 22.5 мВт. Заметим, что в решении этой задачи нам помогает тот факт, что выходное напряжение LTC6261 даже под нагрузкой близко к rаН-to-rail.
При первом включении лабораторного макета этой схемы обнаружилось, что высококачественный усилитель для наушников имеет заметное возбуждение на частоте несколько сотен герц. Оказалось, что не инвертирующий вход не был хорошо заземлен по переменному току во всем диапазоне рабочих частот из-за плохой привязки его напряжения. Необходимость такой привязки возникает тогда, когда схема питается от одно полярного источника напряжения. При одно полярном питании VM не является землей, и для правильной работы инвертирующих схем создают напряжение средней точки.
Чтобы минимизировать дополнительное потребление тока, резистивный делитель, формирующий напряжение Vм, должен иметь большое сопротивление (например, два последовательных резистора по 470 кОм). Гарантировать хорошее заземление на низких частотах мог бы конденсатор большой емкости. И действительно, добавление конденсатора емкостью 1 мкФ. Формирующего полюс совместно с параллельным резистором 470 кОм, полностью устраняет непонятные искажения тона.
Несмотря на низкий ток потребления, при нагрузке на наушники эта схема обеспечивает очень небольшие искажения. Начиная с определенной амплитуды сигнала, искажения начинают быстро увеличиваться из-за ограничения выходного напряжения. Чем больше нагрузка, тем быстрее наступает ограничение из-за того, что с увеличением тока падает коэффициент усиления выходных транзисторов.
Одной существенной проблемой таких портативных устройств является разряд батареи. Скорость ее разряда зависит от громкости звука или от музыкальных пристрастий слушателя. Разработчик не может влиять на конечное использование своего изделия. Но к потребляемому току это не относится. Поскольку большую часть времени устройство может находиться в покое, величина собственного тока потребления, разряжающего батарею постоянно, имеет большое значение. Низкий ток потребления LTC6261 увеличивает время разряда батареи.
Заключение
Показанный вариант использования демонстрирует уникальное сочетание технических параметров, объединенных в операционных усилителях семейства LTC6261. Их низкий ток потребления никак не сказывается на высоком уровне характеристик, достижимом обычно лишь ценой намного большего расхода мощности. Дополнительную универсальность микросхеме обеспечивают rail-to-rail входы и выход, режим отключения и широкий выбор типов корпусов.
Иногда наступают времена, когда на улице тошнотная погода и ничего делать не хочется. Здесь меня спасает гитара. Подключаем ее к процессору, надеваем наушники и... Фигня. Ну не интересно играть в сухую. Собирать группу тоже не вариант. Остается залезть в интернет и воспользоваться услугами хорошего ресурса Rockby.net . Заходим на сайт, идем в табы, выбираем группу, затем композицию, отключаем гитару, чью партии будем играть, и вперед. Вроде все хорошо, все довольны. Да не тут-то было. Из ПК льется бас и барабаны, а из процессора моя гитара. И как их теперь слушать одновременно? Попробовал подключать гитару к ПК. Это было весело. Сначала я играл, а потом через секунду играл ПК. Как в горах. Короче простые звуковые карты не справляются с таким потоком. На ноуте было еще веселей))) Думал я думал и надумал. В ПК на выход втыкаю наушники маленькие, а поверх них надеваю большие наушники от гитарного процессора. Вид идиота, но зато все слышно одновременно. Можно конечно и без наушников через комбик гитару, а ПК на колонки, но меня сразу депортируют из дома. Так что наушники будут до лета, пока всех не отправлю на дачу))) В общем с двумя наушниками не плохо, пока не треханешь головой и вся эта гирлянда летит на пол. Раз поднял, другой, надоело. Надо что-то решать. Так, как свести звук. Ну конечно же, микшер. Лезем на сайт Музторга и офигеваем от цен. А что нам предлагают Китайцы? О, за пять тыр на четыре канала. Не, моя гордость закипела. Блин, если я паяю микроконтроллеры, то почему бы не спаять микшер. Легко сказать чем сделать. Самый прикол в том, что я в аудио схемах нихрена не понимаю. Это для меня новое поле экспериментов. И так, Гугл дал пару схем микшера. Собрал одну на операционнике.Когда я подключил к нему ПК и гитару, а потом включил... Я чуть не заплакал. Ну какая сволочь!! такие схемы выкладывает в сеть. Даже самый дешевый китайский радиоприемник будет звучать лучше чем эта пакость. Но ничего, я так просто не сдамся. Коль знаний по усилителям нет, значит пусть думают другие))) TDA2050 . Вариант номер два.
Минут 30 я не слышал ничего, только гул в ушах. Эта падла оказалась настоящим усилителем и когда я отошел от шока и снял наушники, то полез искать в закромах старые советские колонки. О да, динамик 25ГДН с этим усилком запел как соловей. Короче я случайно собрал простой усилитель для колонок. Ну не понимаю я в аудио схемах. Но я все равно не сдаюсь. Гугл и снова день в поисках. На этот раз я уже искал схему усилителя для наушников. Нашел на специализированной микросхеме TDA7050 но ее днем с огнем не сыщешь. Есть правда в Чип-дип но за двести рублев и переться хрен знает куда. Не... так не пойдет. Не хочу я покупать у Китайцев за пять тыр готовый, это не спортивно. Снова Гугл. О, ламповый))) Не, ну это не серьезно, мне еще и ламп для полного счастья не хватало. И тут я вспомнил, что когда-то для экспериментов накупил кучу транзилей КТ3102 и если я не ошибаюсь их разработали для замены КТ315 в усилительных каскадах советских телевизоров и подобной технике. Конечно я могу и ошибаться. Опять Гугл. Нашел. три схемы. Неее, фоток не будет. Я больше на эти грабли не наступлю. Беспаечная макетка и кучка выводных резисторов с кондерами. Первая схема в помойку, а вот вторая ничего. Так покрутил, сяк покрутил. Вроде работает, но все равно что-то шипит, свистит и щелкает. Пошатал детали. Треск и шипение сменили частоту. Ладно думаю, рискну и разведу плату. И не прогадал. Усилок заработал как надо. Ура! Победа! Это мой первый самодельный усилитель звука! Сразу скажу что схема была моно, поэтому я развел два тракта для стерео, но каждый канал отдельно. У каждого канала есть свой регулятор громкости что дает возможность регулировать громкость левого и правого канала отдельно. Это задумано для использования каждого канала по отдельности. Один на гитару, а второй на ПК. Ну это для меня, а так можно просто слушать музыку. Да, вот еще. Есть один нюанс, два транзистора на выходе VT3 и VT6 очень сильно греются. Их нужно либо чем-то обдувать, либо заменить на более мощные. Хотя я пока пишу эту статью и слушаю музыку, они вроде не жалуются. Но все таки я добавлю вентилятор, наверное) И так, хорошь слов, схему в студию.
А это вот как выглядит в 3D. (Я тут обнаружил что моя программка для обработка видео может запись преобразовать в GIF анимацию. Вот я и балуюсь)
Алексей 15.12.15 18:28
Ну я не спец по усилителям и даже вообще в них не понимаю, так что как-то так получилось. По крайне мере хотя бы работает)))
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
