2012 г.
В связи с приобретением новой звуковой карты без выхода на наушники, у меня возникла потребность в усилителе для наушников приличного качества, способном раскачать мои любимые ТДС-4. Усилитель должен был быть компактным, простым в сборке и налаживании, с низким уровнем шумов и искажений. В итоге, собранный усилитель соответствовал всем указанным выше требованиям.
2012 г.
Предлагаемый усилитель предназначен для использования совместно с головными телефонами с сопротивлением ≥ 25 Ом. В качестве источника звукового сигнала может служить звуковая карта ПК, CD/DVD-плееры, портативные устройства. Позволяет "разгрузить" выход источника, что положительно сказывается на качестве звука (снижение гармонических искажений, устранение "завала" на НЧ при использовании источника с разделительными конденсаторами на выходе).
2012 г.
Данный усилитель позволяет подключать любые наушники, практически с любым существующим сопротивлением катушек благодаря очень низкому выходному сопротивлению. Это позволяет так же, не заострять внимание на АЧХ наушников. Усилитель не имеет межкаскадных конденсаторов, и как следствие меньшие искажения.
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
Усилитель для наушников - весьма оправданное решение, тому подтверждение - множество публикаций этого сайта. Ко всему их простота - неплохое пособие для начинающих. В этой конструкции применено решение, известное уже больше 30-ти лет. И, если о нем часто вспоминают, то это говорит о том, насколько оно удачно.
Усилок для низкоомных ушей.
Идея, примененная в этом усилке не нова. Наверное, многие помнят книжку В.А. Васильева «Зарубежные радиолюбительские конструкции» (она издавалась дважды в где-то в конце 70-х и начале 80-х). Там в свое время был опубликован очень простой, не очень мощный УМЗЧ касса «А». Многие повторив его были очень довольны результатами. Как-то раз, уменьшив все токи и напряжения, я применил его для выхода на наушники в одной своей конструкции, опубликованной в ж.«Радио» («УМЗЧ с неполярным источником питания» («Радио», №6, 1999г., стр.16). Он звучал весьма неплохо. И, разрабатывая варианты «ушных усилков» с питанием от USB-гнезда ноутбука (звучит намного лучше, чем прямо от гнезда), я решил снова попробовать эту идею, но уменьшив количество каскадов усиления на один.
Получилось вот, что:
Так как для ноутбука два варианта уже были (ждут публикации в ж.«Радио»), я лишь испытал схему от подсевшей в радиомикрофоне (они у меня на работе) девяти вольтовой батарейки, аналогичной «Кроне». Все было собрано на макетке (сырьевой фольгированный гитенакс в Израиле не встречается).
Не взыщите за мусорность, я привез с собой из «Союза» много транзисторов КТ315Б (когда-то разобрал на детали один инструмент с названием «ФАЭМИ-М»). Важно было проверить идею. И вы знаете – оно заработало, и весьма неплохо, как с высокомными ушами, так и с низкоомными, например со старыми добрыми ТДС-3, кот., наверное, много больше лет, чем многим гражданам этого сайта (кто-то отдал мне их за ненадобностью).
Наладка в принципе не нужна. Ток покоя устанавливается в районе 20 – 20 мА на канал. Напряжение между выходными транзисторами автоматически устанавливается 2.4 в (изначально был расчет на питание от гнезда «USB»), но его можно изменить, подобрав (уменьшив) резисторы R5 и R6. Транзисторы вроде как не греются, поэтому об охлаждении думать не надо.
В сборе все выглядит вот так:
Я, конечно, ничего не мерил, но именно на те самые ТДС-3 я по вечерам слушаю звук от ДВД, когда смотрю кино на крыше, чтобы не пугать соседей. Поверьте, от подсевших батареек звучит намного лучше, чем от сетевого БП. А таких батареек после каждого спектакля у меня остается не менее десятка.
--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов,
главный редактор журнала «Датагор»
P.S. Мечтаю хотя бы на время найти и послушать старые добрые советские ТДС-7 "Амфитон".
Собираем УНЧ для наушников на OPA2134, BD139 +BD140.
В сети есть множество сайтов, где встречается данная схема высококачественного усилителя для наушников, реализованного на малошумящем операционном усилителе OPA2134, автором которой является Peter Smith. В основном это англоязычные сайты, с одного из которых и была взята данная информация. В принципе, эта схема была опубликована и в нескольких радиолюбительских журналах, таких как “Радиохобби” №2, выходившего в 2008 году, англоязычный журнал “” Everyday Practical Electronics №3 за 2008 год, но ни в одном месте нельзя было найти печатную плату для этого усилителя в LAY формате. Благо, как многие считают, что интернет это большая помойка, в которой можно найти все что угодно, нам попалась на глаза LAY печатка к этой схеме, и мы приложили немного усилий, чтобы она была понятна не особо продвинутым радиолюбителям. Для лучшей читаемости платы мы вынесли все надписи элементов на слой “U”, чтото перегруппировали, чтото добавили, в общем, то что получилось в итоге вы увидите на картинках ниже. Ну а сейчас пока давайте остановимся на принципиальной схеме данной конструкции. И так, схема усилителя для наушников высокого класса на микросхеме OPA2134:
Этот усилитель отлично работает с наушниками, сопротивление которых лежит в очень широком диапазоне (от 8-ми до 600 Ом).
Наверно стоит обатить ваше внимание на отличные характеристики данного усилителя:
Нелинейные искажения:
0,005% при сопротивлении нагрузки 8 Ом
0,001% при сопротивлении нагрузки 32 Ома
0.0005% при сопротивлении нагрузки 600 Ом
Выходная мощность (номинал):
200mw при нагрузку 8-32 Ома
100mw при нагрузку 60-600 Ом
Выходная мощность (максимальная):
575mw при нагрузку 8 Ом
700mw при нагрузку 32 Ома
130mw при нагрузку 600 Ом
Питание схемы усилителя осуществляется от двух-полярного источника питания ±15 Вольт. На форумах по этому поводу можно найти большое количество информации. Многие собирают стабилизаторы на интегральных микросхемах типа LM317 для одного и LM337 для второго плеча, но часто сталкиваются с проблемой дисбаланса напряжений, то есть на выходе стабилизатора напряжения в плечах различны, и тут начинаются “Танцы с бубном”, просьбы помощи на форумах, и т.д. Причины могут элементарно крыться в некачественности этих интегральных стабилизаторов, но мы эти причины в этой статье разбирать не будем. Вот и советуют многие делать блок питания для подобных схем на обычных биполярных транзисторах. Идем дальше по усилителю.
Во всех изданиях публикуется вот такое изображение печатной платы с расположением элементов на ней:
Разница этой картинки с печаткой LAY6 формата, над которой мы работали, заключается в том, что на выходе схемы поставлено не два, а одно гнездо. Еще одно небольшое отличие, на входе применены два неполярных конденсатора емкостью 10 mF, а на печатке стоят два полярных электролита по 20 mF, включенных последовательно одноименными полюсами вместе, такое соединение и даст вам неполярную емкость. Эта мера принята в связи с тем, что у многих возникают проблемы с поиском таких неполярных конденсаторов.
Одна микросхема не способна выдать сигнал достаточной мощности, поэтому на выходе стоит двухтактный эмиттерный повторитель (Q2, Q4), ток покоя выходного каскада 15...20 mA. Предвыходной каскад собран на транзисторах Q1 и Q3, представляющих собой генераторы тока, светодиоды в цепях баз этих транзисторов задают на них начальное напряжение смещения. За счет диодов D1...D4 ограничиваются токи коллекторов выходных транзисторов (примерно 300 mA), что защищает схему при коротких замыканиях в цепи нагрузки. Ах, да, печатная плата LAY6 формата выглядит следующим образом:
Фото-вид печатной платы усилителя:
Если приглядеться к печатке, то можно заметить с обоих сторон микросхемы два резистора нулевого сопротивления. То есть на это место ставятся перемычки, но это в том случае, если перед этим усилителем будет находиться предварительный усилитель, так как в этом варианте чувствительность по входу составляет порядка 500 mV. Но если вы решили подавать на схему обычный сигнал 250 mV с линейного выхода какого-либо устройства (MP3-плеер, CD проигрыватель или еще откуда), вместо этих перемычек ставятся резисторы номиналом 2 кОм, а на вход можно повесить сдвоенный переменник в качестве регулятора громкости номиналом 50 кОм. Картинку подключения переменного резистора наверно рисовать не стоит: на крайнюю ногу подается сигнал, с ползунка снимается на вход схемы, вторая крайняя нога подключается к точке GND.
По поводу коэффициента усиления, он зависит от номиналов резисторов R1, R2. Примерно его можно вычислить по не сложной формуле:
KU=1+R2/R1, то есть KU=1+1/1=2, это около 6 дБ.
Если вы посчитаете, что этой громкости вам не достаточно, и захотите ее увеличить, змените R1(R4) на номинал 1,2 кОм, увеличьте сопротивление R2(R5) до 7,5 кОм, а емкость С1(С2) замените на 100 pF. В результате получите:
KU=1+R2/R1, то есть KU=1+(7,5/1,2)=7,25, а это уже будет 17 дБ.
Таким образом можно увеличить коэффициент усиления без малого в три раза.
Еще один нюанс. Многие захотят спросить почему на принципиальной схеме два диода (D2 и D4) нарисованы пунктиром. Эти диоды ставятся в том случае, если усилитель будет работать на низкоомную нагрузку 8 Ом. Если вы не планируете использовать такие наушники, эти диоды в плату не впаиваются.
По поводу катушки индуктивности, стоящей параллельно выходному резистору 47 Ом, по сути это фильтр Буше, в совокупности с цепью Зобеля, обазованной последовательно соединенными реристором 10 Ом и емкостью 47 nF на GND, эти элементы препятствуют возбуду усилителя. Катушка мотается медным проводом, например, ПЭВ-2 сечением 0,63мм, на оправку диаметром 12 мм. Можно намотать 21 виток как на каркасе необходимого размера, так и сделать безкаркасный вариант, разницы нет. Резистор 47 Ом 1W на плате впаивается вертикально внутри катушки индуктивности.
Операционный усилитель OPA2134 не является таким уж дефицитом, но если у вас такового не оказалось под руками, его можно заменить на TL072. Четыре светодиода – тапа АЛ307Б, обычные мутные отечественные. Выходные транзисторы BD139 и BD140 устанавливаются на небольшие радиаторы (смотри последнюю картинку статьи). При работе особо не греются. Предохранители по питанию поламперные. Мощные (0,5 и 1 Вт) резисторы на плате подписаны, все остальные на 0,25 Вт. И последнее, от качества конденсаторов, применяемых в схеме во многом зависит и качество получаемого звука, поэтому настоятельно рекомендуем не использовать в звуковой технике емкости заведомо сомнительного качества.
Для примера приведем печатную плату блока питания 2 х 15 Вольт на интегральных стабилизаторах 7815 и 7915:
Схема БП простейшая, и надеемся в пояснених не нуждается. Если у вас уже установлены предохранители по питанию на плате усилителя, в БП их можно исключить.
Скачать материал по сборке усилителя для студийных наушников на операционнике OPA2134 (схема, печатная плата LAY6 формата, исходник) можно одним файлом по прямой ссылке с нашего сайта, которая появится по центру этой же страницы после клика по любой строке рекламного блока ниже кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер файла – 0,9 Mb.
Каждый начинающий радиолюбитель после первых удачных экспериментов, ощутив сладость своих побед, хочет попробовать сделать что-то настоящее. Не игрушку, а реально работающую полноценную вещь. Для этого прекрасно подойдёт самодельный простой который умелыми ручками можно собрать всего за несколько минут.
Где его можно применить? Во-первых, по прямому назначению, а именно для усиления сигнала от темброблока или предусилителя, то есть там, где слишком слаб, и подключить наушники невозможно. В этом случае можно сделать усилитель для наушников своими руками.
Во-вторых, он пригодится как дополнительный инструмент. Портативный усилитель для наушников вполне применим для тестирования схем. Ведь часто появляется необходимость найти место обрыва сигнала в новой схеме, которую вы собрали, но она никак не хочет работать. Например, вы сделали тот же усилитель для наушников своими руками. Он и поможет в поиске причины неисправности. С ним можно очень быстро найти точку, в которой пропадает сигнал. Ведь часто это случается из-за пустяка: плохо пропаялась деталь, неисправный конденсатор и т.д. Визуально или с помощью тестера причину бывает трудно найти.
Сделать усилитель для наушников своими руками просто, ведь схема моно состоит всего из пяти деталей. Основана она на микросхеме TDA7050, которая стоит 30-80 рублей. Но, думаю, что в ваших запасах радиодеталей, которые всегда имеются у любого увлечённого этим делом, такая микросхема найдётся. Она часто использовалась в кассетных плеерах и других простых устройствах воспроизводящих звук.
На этой же микросхеме можно сделать и стереофонический усилитель для наушников своими руками. Для этого придётся добавить два полярных конденсатора на выход (можно один общий), а входной можно сделать из сдвоенного
Сама микросхема представляет собой в корпусе нормального размера (DIP8). Рабочее напряжение питания от 1,6 до 6 вольт. Потребляет не много энергии. Мощность выходного сигнала зависит от напряжения питания. В варианте стерео при нагрузке в 32 Ом и напряжении в три вольта вы получите на выходе около 130 милливатт на каждом канале. При подключении по мостовой схеме в варианте моно мощность увеличивается в два раза. Выход микросхемы имеет защиту от
Принципиальная схема дана на рисунке 1. Входной сигнал подаётся на выводы 1 и 3, а наушники в 32 Ом подключены к выводам 7 и 8. По техническим условиям в мостовом режиме нагрузка не должна быть менее 32 Ом. Для сглаживания напряжения к шине питания подключены конденсаторы С1 и С2, 100 и 0,1 мкФ соответственно. Сопротивление резистора R1 - 22 кОм. Ну вот, пожалуй, и всё описание нашей первой модели.
Вторая схема с рисунка 3 часто применяется в малогабаритных устройствах заводского изготовления. Сделать её ненамного труднее. В схеме отображены все необходимые детали. На рисунке 2 - та же схема для подключения динамиков. Как видите, разница небольшая. В схеме для динамиков применяются полярные конденсаторы в каждом выходном канале, а для наушников - стоит общий конденсатор в месте подключения к ним корпуса схемы.
Загрузка...
