Усилитель для наушников в классе а схема: Усилитель наушников в классе А с однотактным выходом

Усилитель наушников в классе А с однотактным выходом

Усилитель для сборки своими руками, на промышленной плате с интегрированным блоком питания.

Усилитель наушников — незаменимая вещь, если вы хотите слушать музыку на наушники в высоком качестве. Многие усилители, работающие на колонки, также имеют выход и на наушники. Но в них для работы с наушниками используется тот же самый усилитель, который используется и для колонок. Он специализирован именно для колонок, поэтому на наушники работает хуже. Кроме того, обычно в таких усилителях наушники подключаются к выходу через резистор сопротивлением порядка 100 ом. То есть выходное сопротивление такого «неправильного усилителя наушников» получается слишком высоким.

А вот если использовать специализированный усилитель для наушников, то получаем несколько преимуществ:

1. Специализированный усилитель работает лучше и позволяет получить наилучшее качество звучания.
2. Усилитель наушников можно сделать именно под свои наушники.
3. Его можно использовать как отдельный блок, чтобы не гонять для наушников большой усилитель.
4. Его можно встроить в основной усилитель для колонок как дополнительный блок, и получить максимально хорошее звучание и на колонки, и на наушники.

Для этого усилителя наушников можно купить печатную плату.

Вроде бы совсем недавно я опубликовал схему простого, но довольно приличного усилителя для наушников и пообещал сделать что-нибудь получше. Но жизнь идет слишком быстро, и времени прошло намного больше, чем я планировал. Тем не менее, я разработал и сделал очень хороший усилитель для наушников. Этот усилитель работает у меня больше года, рис. 1.

Рис. 1. Усилитель для наушников в сборе.

Это стационарный усилитель с питанием от сети. Самое главное в нем: этот усилитель никак не приукрашивает сигнал. На выходе имеем точь-в-точь то, что и на входе. При этом усилитель отлично работает с любыми наушниками, кроме электростатических.

По определению разница между тем, что подается на вход и тем, что получается на выходе, называется искажениями. Поэтому если искажения намного меньше порога чувствительности слуха, то мы их наверняка не слышим. И именно очень маленькие искажения усилителя позволяют мне говорить о том, что звук на выходе точно такой же, как и на входе. Это мое заявление не выдумка, или просто рекламная фраза. Это реальность, подтвержденная измерениями. То есть, этот усилитель ничего не меняет в звуке: и не ухудшает, и не приукрашивает.

Сейчас в моде аппаратура, приукрашивающая (а иногда даже искажающая) звук – стараниями аудиоизданий рекламируется дорогая аппаратура, которая иногда делается не инженерно, а «по понятиям»: без обратной связи (потому что обратная связь – это же ЗЛО!), на лампах по схемам усилителей от дешевых телевизоров 60-х годов ХХ века (потому что лампа одним только своим присутствием делает звук невероятно красивым, поэтому лампы совсем даже не обязательно включать по хорошим схемам), и т.п. Мой усилитель наушников не такой. Что в записи, то и в ушах. Если хотите приукрашенный звук – вам не сюда.

Еще одно интересное свойство усилителя: звук возникает не в центре головы, как иногда бывает при прослушивании наушников, а где-то непонятно где. Как будто по ободу наушников. Мне трудно объяснить словами свои ощущения, но они приятные, музыка не долбит мозг, а окружает тебя. Почему так получается – не знаю. Я даже не представляю причин такого эффекта, поэтому не знаю где их искать.

Концепция усилителя наушников

В усилителе используется высококачественный операционный усилитель (ОУ). Современные ОУ обладают очень хорошими свойствами: большим усилением, высокой рабочей частотой, хорошей линейностью, малыми шумами. Из-за таких качеств их и применяют. Единственным недостатком ОУ является сравнительно небольшой выходной ток: обычные ОУ не рассчитаны для работы на низкоомную нагрузку. Хотя в той старой схеме усилителя наушники подключались прямо на выход ОУ, и все работало, но такая работа хоть и не страшна для ОУ и он с ней справляется, но все же микросхема используется не совсем так, как нужно. То, что она тянет, не значит, что она работает наилучшим образом. А мы-то хотим получить самое лучшее, не так ли? И тут есть ряд вариантов:

I . Применить специальный дорогой ОУ с большим выходным током.

Достоинства:

1. Схема будет такая же, как и у моего усилителя на одном ОУ. Так что можно в принципе делать ту же схему на другой микросхеме.

Недостатки:

1. Микросхема мощного ОУ дорогая и дефицитная. Стоимость такой микросхемы может оказаться больше, чем стоимость всего этого усилителя.
2. Такие микросхемы склонны к возбуждению. Чтобы мощный высокочастотный ОУ хорошо работал, нужно тщательно разводить печатную плату, развязывать питание, компенсировать емкость монтажа. В общем, есть шанс, что микросхема будет работать плохо, а что плохо работает – хорошо звучать не может.

II . Применить специализированную микросхему усилителя наушников, которые выпускает ряд фирм.

Достоинства:

1. Миниатюрность усилителя.
2. Возможность питания от одного источника напряжением 3…5 вольт.

Недостатки:

1. Эти микросхемы разрабатываются специально для носимых устройств. Они могут недостаточно хорошо работать на высокоомные или низкоомные наушники. Либо на наушники с низкой чувствительностью.
2. Качество может быть не всегда высокое, поскольку некоторые микросхемы предназначены для mp3 плееров.
3. Даже если качество микросхемы высокое – а современные технологии позволяют получить очень хорошие микросхемы – то все равно, сравните стратегии изготовления усилителей:
   • сделать усилитель с максимально качественным звучанием.
   • сделать микросхему, которая бы максимально хорошо работала от источника питания 3 вольта.
4. Хорошие микросхемы могут быть дефицитными и недешевыми.

III . Умощнить выход обычного ОУ.

Недостатки:

1. Схема усложняется, но не очень сильно, поэтому усложнение схемы нам не страшно. Кроме того, детали потребуются доступные и недорогие.

Достоинства:

1. Можно получить очень высокое качество звучания, так как схема выходного каскада специально разрабатывается под низкоомную нагрузку. То есть вместо универсального устройства, мы можем использовать специализированное, которое в своей области обязательно лучше универсального.
2. Можно сделать усилитель в точности под свои наушники.

Так что вариант с умощнением выхода ОУ самый привлекательный

Схема усилителя для наушников приведена на рисунке 2. Идея схемы такова: операционный усилитель осуществляет усиление напряжения и создает глубокую отрицательную обратную связь. А ему на выход включается эмиттерный повторитель, усиливающий ток. Существуют схемы, состоящие из одного только эмиттерного повторителя, но мне они не подходят:

• У них слишком высокая вторая гармоника. Она хоть и обеспечивает «сладкий звук», но при этом заметно приукрашивает звучание.
• У эмиттерного повторителя слишком много высших гармоник, которые на слух плохо воспринимаются. Отчасти их забивает «красивая» вторая гармоника, но только отчасти. Поэтому качество звучания для меня получается неудовлетворительное.

В этой схеме глубокая ООС компенсирует высшие гармоники. Благодаря однотактному выходу, в спектре преобладает вторая гармоника, но все гармоники, включая и вторую намного меньше чувствительности слуха. В результате имеем:

• отличный «правильный» спектр искажений;
• который на самом деле не имеет значения: искажения намного меньше порога чувствительности слуха.

Можно взять исходный усилитель с плохими параметрами и пытаться линеаризовать его при помощи ООС. Тут уж как получится. Может получиться неплохо, а вот если исходный усилитель достаточно плохой, то ООС его может и не исправить, а даже ухудшить. Вот из-за таких конструкций и говорят, что ООС вредна. Другое дело, если исходный усилитель изначально имеет максимально хорошие параметры. Тогда ООС его улучшит, и результат получится замечательный. Именно такая стратегия и заложена в этот усилитель. В результате мы получаем много преимуществ:

1. Достаточно высокое напряжение питания, что позволяет использовать самые высокоомные наушники. И при этом совершенно не бояться клиппинга.
2. Сравнительно большой ток покоя, что позволяет использовать очень низкоомные наушники (ток покоя можно установить какой требуется).
3. Хороший запас по выходной мощности, и большой «запас прочности» по всем параметрам.
4. Изначально высокая линейность. А это очень важно: если исходный усилитель без отрицательной обратной связи имеет хорошую линейность, то введение ООС значительно улучшит его свойства. Если линейность исходного усилителя плохая, то бывает, что никакая ООС помочь не может — все равно звук получается невысокого качества.

На самом деле совсем не обязательно было делать выходной каскад однотактным. Есть и другие хорошие варианты, они пока ждут изготовления и проверки в реальности (в модели работают отлично). Но однотактный выходной каскад в классе А (а однотактный каскад только в нем и может работать) – это выглядит «очень по Hi-End’ному», а поскольку качество звука при этом великолепное, то вам будет чем хвастаться!

На самом деле однотактный выходной каскад применим только для маломощной нагрузки, так как реальный КПД такого каскада не более 40%. Но у нас именно такая ситуация — требуемая максимальная выходная мощность составляет десятки милливатт, так что все отлично работает. А работа выходного транзистора в классе А — необходимое условие. Потому что в таком режиме транзистор не входит в отсечку — ток через транзистор не прерывается, а протекает всегда. Часть этого тока поступает в нагрузку. Ток через транзистор нельзя прерывать (транзистор не должен закрываться) потому что нельзя прерывать ток нагрузки. Зато, работая в таком режиме, транзистор создает минимум искажений.

Принципиальная схема усилителя наушников

Рис. 2. Усилитель наушников схема.

Итак, что и как в схеме устроено. Сам усилитель наушников стереофонический. На схеме показан только один канал — левый. Правый — точно такой же. Сдвоенный операционный усилитель работает на оба канала. Поэтому те детали, которые образуют левый канал, на печатной плате имеют в наименовании индекс L. Это означает, что для правого канала понадобится точно такой же компонент, который будет иметь индекс R. Например, R4L и R4R. Компоненты DA1, С4, С5, С6, R5, DA2, С7, С8, С9 общие для обоих каналов и используются по одной штуке на усилитель.

1. Операционный усилитель используется в инвертирующем включении. В старых ОУ такое включение повышало линейность входного дифференциального каскада. В современных ОУ происходит то же самое, но в них входные каскады очень хорошие, поэтому улучшение очень-очень маленькое и совершенно незаметное на слух. Но все же выигрыш в таком включении есть, про него позже. Резисторы R3 и R4 создают отрицательную обратную связь (ООС) и задают коэффициент усиления усилителя, равный примерно трем. Такого усиления хватает практически для любых наушников. Если все же громкости недостаточно, можно увеличить R4 до 330 кОм. Операционный усилитель типа OPA2134. Это очень хороший ОУ, предназначенный в том числе и для высококачественного аудио, и заменять его другим не рекомендуется.

2. Транзистор VT1 – выходной эмиттерный повторитель. Его нагрузка – источник тока на транзисторе VT2, в таком включении эмиттерный повторитель работает наилучшим образом. Микросхема стабилизатора DA2 задает напряжение на базе VT2, а значит его ток. Этот ток является током покоя выходного каскада, поскольку он протекает и через транзистор VT1. Более того, ток покоя транзистора VT1 жестко стабилизируется неизменным током транзистора VT2. В принципе, вместо микросхемы стабилизатора можно применить стабилитрон, но с микросхемой чуть-чуть лучше. Микросхема дешевая и доступная, так что будем делать как лучше, хоть и на самую капельку. Резистор R 5 задает ток через микросхему стабилизатора, а конденсатор С6 снижает шум и возможные пульсации напряжения. Вместо микросхемы DA2 вполне можно было бы использовать стабилитрон, но микросхема лучше за те же деньги.

3. Резистор R6 задает ток источника тока и, следовательно, ток покоя выходного каскада.

4. Конденсаторы С4, С5, С7, С8, С9 – развязывающие. Их цель не столько сгладить пульсации напряжения питания (этих пульсаций не должно быть изначально), сколько обеспечить стабильность усилителя и пропустить через себя ток нагрузки. Надо помнить, что ток нагрузки замыкается через источник питания. Поэтому, чтобы не «гонять» ток через блок питания, позволим ему замыкаться через конденсаторы, установленные на плате. Керамические конденсаторы С4, С5, С9 пропускают высокочастотные сигналы, электролитические С7 и С8 – среднечастотные. Не надо бояться того, что керамические конденсаторы нелинейные – в этом включении напряжение на них постоянно, и искажений они не создают.

5. Резистор R2 – регулятор громкости. Если он не нужен, то вместо него устанавливается перемычка, показанная пунктиром.

6. Цепь R1С1 защищает усилитель от проникновения ультразвуковых и радиочастотных помех, обрезая все частоты выше 48 кГц.

7. Конденсатор С2 защищает вход от постоянного тока и заодно обрезает частоты ниже 7 Гц, что защищает от инфразвука. Если вы хотите, чтобы завал АЧХ на частоте 20 Гц был еще меньше, используйте конденсатор емкостью 0,68 мкФ (частота среза 5 Гц), если слушаете виниловые грампластинки, то емкость С2 желательно уменьшить до 0,33 мкФ (частота среза 10 Гц).

8. Конденсатор С3 увеличивает глубину ООС на частотах выше 70 кГц. Он выполняет сразу несколько функций:

• снижает усиление на этих частотах, следовательно уменьшает количество ультразвука — это важно, ведь усилитель наушников подает сигнал практически вам в уши. Если там будет присутствовать ультразвук — это вредно отразится на вашем здоровье;
• повышает устойчивость усилителя;
• улучшает переходную характеристику;
• полностью устраняет возможность появления динамических искажений (совместно с R1С1).

9. Резистор R7 разделяет входную и выходную земли. На самом деле он не обязателен, но опять же, с ним чуть-чуть лучше.

10. Диод VD1 выполняет очень интересную функцию: позволяет увеличить максимально возможный ток в нагрузке в 1,5 раза.

Как работает диод VD1?

Транзистор VT1 включен эмиттерным повторителем, поэтому способен выдать на выход ток любой величины (в разумных пределах), даже в несколько ампер, если будет на то необходимость. Например, в случае низкоомной нагрузки. Это происходит при положительном полупериоде выходного напряжения. На отрицательном полупериоде работает транзистор  VT2. А он включен источником тока, и ток больший, чем он задает, в нагрузке получить невозможно. Меньше – пожалуйста, излишек тока уйдет в транзистор VT1. Таким образом, при попытке получить в нагрузке ток большой величины, положительный полупериод мы получим довольно большой (ампер ни ампер, но четверть ампера – запросто), а вот отрицательный ток будет максимум 40 миллиампер – столько, сколько составляет ток покоя VT2. Можно конечно увеличить его ток покоя, но это увеличит его нагрев.

И тут нам помогает диод VD1. При отрицательном полупериоде выходного напряжения и в случае, если тока транзистора VT2 не хватает, диод открывается, и пропускает в нагрузку выходной ток ОУ. А это десяток-другой миллиампер. На самом деле, это ситуация критическая, ее быть не должно, так как при этом нагружается ОУ и искажения несколько растут. Пусть они и остаются небольшими и незаметными, но сам факт роста искажений неприятен. Но ведь любая критическая ситуация один раз в жизни может наступить. Например, вы изготовили усилитель для работы с нагрузкой от 64 ом и выше, а пришлось в него включить нагрузку 16 ом и установить большую громкость. Без диода усилитель бы перегружался и искажал звук. А с диодом – работает. С диодом усилитель достаточно громко работает даже на колонки сопротивлением 6 ом.

Влияние диода VD1 и рекомендации по выбору компонентов и монтажу описано в статье Усилитель наушников в классе А с однотактным выходом на промышленной плате.

В схеме усилителя ряд элементов служит для очень небольшого улучшения его свойств. Без них вполне можно было бы и обойтись. Почему я их использовал? Чтобы получить максимум качества. В рекламе Hi-End техники нам заявляют, что качество этой аппаратуры максимальное. И цены тоже максимальные. В этом усилителе я получил максимальное качество при небольшой цене. Так что это настоящий Hi-End , но за разумные деньги (на самом деле цены на Hi-End такие высокие не потому, что аппаратура на самом деле всегда имеет высокое качество, а по экономическим причинам, но это уже совсем другая история).

В схеме усилителя используется целых два элемента для борьбы с ультразвуком. Это важно! Дело в том, что в современном мире мы окружены высокочастотными излучениями. Это излучение телефонов, Wi-Fi , bluetooth, излучение через эфир и через сеть от импульсных блоков питания. Да и фильтрация частоты дискретизации ЦАПов не всегда идеальна. При проигрывании виниловых грампластинок тоже могут возникать ультразвуковые колебания, вызванные движением иглы по канавке. Ультразвук вреден для здоровья, а если он излучается наушниками непосредственно в уши… Радиочастоты наушниками не излучаются, но они могут преобразовываться в более низкие частоты, проходя через нелинейные элементы усилителя, которые на работу с такими частотами не рассчитаны. И результат такого преобразования может оказаться самым разным, он может лежать как в звуковом диапазоне (лишние неприятные призвуки), так и ультразвуковом. Также ультразвук может вызывать перегрузку усилителя по скорости нарастания выходного напряжения, а это приведет к возникновению динамических искажений. В общем, существует довольно много веских причин избавляться от сверхвысокочастотных составляющих.

Вот тут и помогает инвертирующая схема включения операционного усилителя. В этой схеме подавление ультразвука при помощи отрицательной обратной связи не ограничено, поэтому усилитель в целом образует для ультразвука полноценный и эффективный фильтр второго порядка.

Аналогично действует и входной фильтр инфранизких частот (ИНЧ). Они также вредны для организма, и могут излучаться качественными наушниками довольно сильно. Особенно много ИНЧ составляющих может возникнуть при проигрывании виниловых грампластинок, но как ни странно, они могут поступать и с ЦАПа. Так что причины оберегаться от инфразвука также существуют.

Оба этих фильтра: ультразвука и инфразвука работают довольно далеко от звукового диапазона, поэтому не влияют на звук (их влияние заведомо меньше порога чувствительности слуха). И при этом достаточно близко к звуковому диапазону, чтобы быть эффективными. Но все в ваших руках: если вы верите аудиофильской пропаганде, и считаете, что даже небольшие изменения АЧХ и ФЧХ усилителя на краях диапазона (которые меньше предела чувствительности слуха) для вас неприемлемы, то можно расширить диапазон частот как вниз по частоте, так и вверх, изменив емкости конденсаторов фильтров.

Параметры усилителя

Теперь о качестве звучания. В начале статьи я заявил, что усилитель передает на выход точь-в-точь то, что было на входе. Пришла пора доказывать это. По определению, разница между тем, что подаем на вход, и тем, что получаем на выходе, называется искажениями. Искажения делятся на два типа: линейные и нелинейные. Линейные искажения – это искажения АЧХ и ФЧХ. Я эти характеристики даже не привожу: в современных транзисторных устройствах плохие частотные и фазовые характеристики можно получить разве что преднамеренно. Нелинейные искажения связанны с нелинейностью электронных компонентов (ламп, транзисторов, микросхем), и вот их имеет смысл измерить. Итак, спектр нелинейных искажений на частоте 1 кГц показан на рисунке 3. Для измерений использована высококачественная звуковая карта ESI Juli @, работающая в режиме 24 бит, 192 кГц. Полученный спектр – это спектр системы звуковая карта + усилитель. То есть чисто усилитель чуть лучше.

Рис. 3. Спектр искажений усилителя на частоте 1 кГц. Полоса учитываемых частот до 96 кГц.

Как их понимать?

1. Коэффициент нелинейных искажений Кг (THD) равен 0,0012%. Это примерно в 10 раз меньше разрешающей способности слуха (даже по самым оптимистичным психоакустическим измерениям). То есть – мы эти нелинейные искажения наверняка не слышим.
2. Спектр гармоник очень узкий – в нем присутствуют только вторая гармоника, которая «красиво звучит» и немного третья. Чем больше номер (порядок) гармоники, тем неприятнее она для слуха (правильнее сказать: тем более неприятные искажения создает усилитель, обладающий такими свойствами). Маленькая составляющая частотой порядка 12 кГц не является гармоникой, так как присутствует и на втором графике. Скорее всего, это какая-то помеха.

Обычно на этом и останавливаются. Но мне хотелось изучить усилитель более подробно. Поэтому вот спектр гармоник (и значение Кг) при возбуждении усилителя частотой 10 кГц (рис. 4). Это более жесткий тест – на высоких частотах усилители работают хуже, поэтому такой тест никто делать не любит. Я сделал.

Рис. 4. Спектр искажений усилителя на частоте 10 кГц. Полоса учитываемых частот до 96 кГц.

В тесте учитывались частоты вплоть до 90 кГц, то есть до 9-й гармоники включительно. Но этих гармоник нет, усилитель очень линейный, видимые искажения имеют максимум 4-й порядок. А общая их величина Кг (THD) = 0,011%. Это снова намного меньше разрешающей способности слуха на этой частоте. И снова красивый (правильный) спектр искажений — чем номер гармоники выше, тем ее амплитуда меньше.

Следующий тест – интермодуляционные искажения IMD . Тест проводился в наиболее жесткой форме: на вход подавалась сумма частот 18 и 19 кГц (рис. 5). На высоких частотах искажения максимальны, так что то, что показано на рисунке – это максимум возможных искажений усилителя. IMD = 0,005%, что опять же меньше разрешающей способности слуха.

Рис. 5. Интермодуляционные искажения усилителя (IMD).

И снова обратите внимание на небольшое количество возникающих дополнительных частот около возбуждающих сигналов 18 и 19 кГц. Это свидетельствует о том, что порядок нелинейности усилителя небольшой, а значит, производимые им искажения не являются неприятными для слуха.

Итак, измерения подтверждают, что усилитель отличный и не вносит сколько-нибудь заметных искажений в сигнал. Частоты, кратные частоте 50 Гц – помехи от сети на самом деле также не слышные.

Все тесты проводились в «боевых» условиях. Был использован штатный блок питания, работали оба канала усилителя и оба канала были нагружены на сопротивление 64 ома. Выходное напряжение равно 2 вольта амплитуды. Это соответствует выходной мощности 30 мВт. В наушниках нормальной чувствительности (90…100 дБ/мВт) при такой мощности звуковое давление составит 120…130 дБ – это уже болевой порог слуха. На меньшей громкости искажения меньше.

Плата усилителя наушников

Монтажная схема специально сделана простой, чтобы этот усилитель наушников мог сделать даже начинающий, рис. 6. В ней не используются компоненты для поверхностного монтажа. Размеры платы из-за этого получились не очень маленькими, но в корпус усилителя плата великолепно становится (корпус приобретен на Али-экспресе).

Рис. 6. Усилитель наушников. Самодельная плата.

Детали не дефицитные и не дорогие но для сохранения максимального качества лучше не отступать от рекомендованных комплектующих. Конденсаторы С1 и С3 керамические с ТКЕ равным НП0 (NP 0) – такие конденсаторы весьма линейны. С2 – пленочный лавсановый. Можно использовать и полипропиленовый, но разницы реально (в грамотном слепом тестировании) не заметно. Транзисторы можно на радиаторы не устанавливать, но с небольшими радиаторами их тепловой режим, особенно в корпусе, все же лучше. С6 можно использовать либо алюминиевый указанной емкости, либо танталовый 47 мкФ на 16 вольт. Конденсаторы С4, С5, С9 – керамические из диэлектрика X7R . С7 и С8 хорошо бы использовать Low ESR , но можно и обычные. Сопротивление резисторов R7 увеличивать не следует, если таких резисторов нет, то вместо них устанавливаются перемычки. При отсутствии однопроцентных резисторов, можно использовать «обычные» точностью 5%, которые крайне желательно подобрать по равенству сопротивлений в обоих каналах усилителя. Диод VD1 – любой современный кремниевый высокочастотный (или импульсный) диод. Чем больше его допустимый прямой ток (значения которого обычно лежат в пределах 30…100 мА), тем лучше. Выпрямительный диод в принципе работать будет, но очень плохо – он не рассчитан на работу с частотами выше 1 кГц.

Я изготовил плату этого усилителя промышленным способом: Усилитель наушников в классе А с однотактным выходом на промышленной плате. На этой же странице даны дополнительные советы по сборке, замене деталей и настройке, которые помогут и для сборки самодельной платы.

Блок питания

Для получения максимального качества звучания, усилитель должен иметь хороший источник питания, рис. 7. Несмотря на то, что все схемы проектируются так, чтобы питание на них влияло минимально (ну может кроме некоторых Hi — End изделий, которые как будто специально разрабатываются, чтобы плохо работать от «обычного» источника питания), тем не менее, питание должно быть хорошим. В усилителе используется стабилизированное питание. Сглаживающие конденсаторы С11, С12 (нумерация деталей блока питания продолжает нумерацию деталей усилителя, так уж вышло) имеют довольно большую емкость. Меньше 1000 мкФ использовать не желательно (но можно в крайнем случае), больше чем 3300 мкФ устанавливать нет смысла (но работать будет). Резисторы R11, R12 разряжают конденсаторы фильтра при выключении питания. Они не обязательны, но я привык их использовать – иначе лезешь в схему отверткой после того, как выключил из сети, а оттуда искры! Микросхемы стабилизатора заменять не следует: более дешевые 7812 и 7912 немного хуже стабилизируют напряжение, хуже работают с импульсными токами и «не любят» емкостную нагрузку. Конденсаторы С13, С14 улучшают сглаживание пульсаций. Диодный мост – любой на ток не менее 1 ампера. Микросхемы стабилизаторов очень желательно установить на небольшие радиаторы.

Рис. 7. Схема блока питания усилителя наушников.

«Скользким» моментом в этой схеме является применение резисторов R8 и R9 в цепи первичной обмотки силового трансформатора. Их назначение – слегка обрезать верхушки синусоиды напряжения питания, а это в свою очередь снизит значение максимальной индукции в трансформаторе. В результате небольшое насыщение сердечника, которое всегда происходит при максимуме напряжения, будет предотвращено, и помехи, излучаемые трансформатором через его магнитное поле, снизятся. Это чисто партизанский метод – он ведет к некоторому снижению КПД блока питания, но он действует! Заодно эти резисторы работают чем-то вроде софтстарта. Снижение напряжения на верхушках синусоиды показано на рисунке 8. Мне было неудобно подключать осциллограф в сеть для иллюстрации результатов работы резисторов R8 и R9, поэтому на рис. 8 показан результат моделирования, но нечто очень похожее происходит и в реальности. И помехи, излучаемые трансформатором, которые могут воздействовать на схему, действительно снижаются. Заодно повышается эффективность конденсатора С10 по подавлению высокочастотных помех. На основную функцию блока питания резисторы R8 и R9 не влияют. С10 — специальный полипропиленовый конденсатор, поредназначенный для работы в качестве фильтра сетевых помех. Сейчас такие конденсаторы вполне доступны. Заменять его на «обычный», например К73-17 крайне не рекомендуется, но если все же используется К73-17, то на напряжение 630 вольт, на напряжение 400 вольт такой конденсатор использовать нельзя.

Рис. 8. Снижение максимальной индукции в трансформаторе.

Резистор R10 соединяет землю схемы с корпусом усилителя. Наличие резистора создает защитную функцию: при случайном замыкании на корпус ток КЗ будет ограничен. А сам резистор при этом может сгореть, сыграв роль предохранителя. Его перегорание будет заметно, так что о возникшей проблеме сразу станет известно. Соединение с корпусом происходит автоматически через металлизированное монтажное отверстие блока питания и крепежный винт.

Важно! Корпус усилителя должен соединяться с землей схемы только в одной этой точке через резистор R10. Других соединений схемы с корпусом быть не должно.

Рис. 9. Плата блока питания.

Силовой трансформатор мощностью не менее 8 Вт (в общем-то допустима мощность от 6 Вт, но это сильно зависит от конкретного трансформатора – некоторые из них могут сильно греться). Он должен содержать две одинаковые вторичные обмотки (или одну обмотку со средней точкой) на напряжения 18…22 вольта каждая. Допустимый ток обмотки должен быть не менее 0,2 ампера. Например, подойдут ТПП-232, ТПП-234.

Все резисторы, кроме явно указанных на схеме, мощностью 0,125 Вт и точностью 5%.

После сборки блока питания высоковольтную часть платы блока питания (а лучше всю плату) со стороны монтажа следует покрыть цапон-лаком. Это предотвратит утечки по плате из сети в низковольтную часть.

Чертежи усилителя и печатной платы. Печатная плата слегка изменена относительно прототипа, показанного здесь на фотографиях.

headamp2-diyСкачать

Усилитель, собранный на промышленной плате с интегрированным блоком питания.

30.04.2019

Total Page Visits: 7151 — Today Page Visits: 5

Усилитель для наушников класса A

Недавно прослушанный у друга усилитель побудил тоже сделать себе А-класс УНЧ на наушники. Конструкция этого усилителя настолько проста, что даже начинающим радиолюбителям это удастся. В процессе сборки немного поэкспериментировал со значениями некоторых элементов, напряжением питания и токами покоя, чтобы получить собственное впечатление от лучшего звука. Разница в звучании эпичная, особенно когда сравнивать наушники подключенные через эту схему напрямую к выходу звуковой карты или к ужасающе шумному выходу наушников китайского усилителя от настольной аудиосистемы.

Схема УНЧ А-класса к наушникам

Усилитель был сделан всего за один день, кроме транзисторов и гнезд уже было большинство радиоэлементов. Остальное куплено на радиобазаре за копейки.

Сразу предупреждаю: усилитель А-класса, поэтому неплохо греется. Стоит сделать вентиляцию (на фото вентиляционных отверстий нет, что плохо). Вряд ли долго они выдержат конденсаторы, которые нагреваются в закрытом корпусе. Тем более недавно получил для ремонта оборудование, в котором была та же проблема: высушенные электролиты.

Первоначально предполагалось, что усилитель для наушников будет питаться от старого блока питания ноутбука, но во время прослушивания музыки было слышно как инвертор работает – шум в наушниках – непонятно связано ли это с ошибкой монтажа или низким качеством самого блока питания. В итоге применил трансформаторный источник питания, используя маленькие трансформаторы.

Блок питания работает по классической схеме трансформатор – диодный мост – 2000 мкФ конденсатор зашунтированный 100 нФ. Напряжение 23 В после нагрузки падает до 18 В и остается независимым от громкости с которой слушается музыка.

Всего сделал два усилителя – первый, сделанный по приведенной выше схеме, показался практически идеальным, но так было до тех пор пока не вышел из строя недостаточно охлажденный стабилизатор 7815 и не появилось +30 В на его выходе. Через мгновение перегорели резисторы R10 и транзисторы, не охлаждаемые радиаторами. Так что начал создавать второй, улучшенный усилитель, в котором:

1. Использовал более слабые транзисторы QFET FQP1N60, которые желательны при характеристиках линейной работы звука при значительно более низком токе, чем BUZ10.
2. Сделал сетевой фильтр на транзисторе IRFP450 (отдельно для каждого канала), который имеет дополнительную очень приятную функцию: он устраняет все щелчки наушников при включении и выключении устройства.
3. Увеличил напряжение питания до 30 В (после фильтра), что делает усилитель более мощным и практически нечувствительным к нагрузке различных типов наушников (хорошо работает даже при нагрузке на 16-омные).
4. Увеличил ток покоя до 1 А, но высокая мощность потерь (65 Вт) потребовала использования радиатора.
5. Резисторы R10 15 Ом / 0,5 Вт заменены на сборку 5 х 75 Ом / 2 Вт из-за большого количества выделяемого ими тепла.
6. Все работает от тороидального трансформатора 2 х 24 В, двухполюсного выпрямителя на высокоскоростных диодах SFAF50G, фильтрация 10000 мкФ / 50 В.

В итоге ни шумов, ни гудений – чистая тишина. Тем более там нет потенциометра – вход УНЧ напрямую подключен к выходу USB звуковой карты.

Схема фильтра питания

Вот схема фильтра. Диод – любой кремний, вместо полевика IRFP240 можете использовать IRFP450 или аналогичный, также подойдут те, которые использовались в усилителе. Это классический транзисторный фильтр, схема которого является частью усилителя ZEN V9 Nelson Pass.

В принципе достаточно 1 х 4700 мкФ до и 2 х 2200 мкФ после фильтров, в идеале вместо 1 х 2200 мкФ дать 2 х 1000 мкФ с низким ЭПС. Усилители класса А потребляют почти постоянный ток, в музыке нет колебаний мощности, как в случае с другими классами усилителей, следовательно, гораздо меньше потребность в больших конденсаторах в источнике питания. Представленная схема является правильной и спаянная без ошибок должна сразу заработать.

Усилитель для наушников класса А

Конденсаторы на пути аудиосигнала неисправны. Даже самые лучшие серебряно-слюдяные или полипропиленовые конденсаторы проявляют нелинейность при низких уровнях напряжения. Конденсаторам место в блоках питания и больше нигде. Конденсаторы, используемые для компенсации усилителя, обычно означают, что в остальном усилитель нестабилен, с полюсами в правой полуплоскости и, следовательно, имеет плохую конструкцию.

С трансформаторами на пути аудиосигнала дело обстоит еще хуже: нелинейности в структуре усиления, паразитная емкость между обмотками, проблемы с импедансом… Трансформаторы нужны только в линейных источниках питания и больше нигде.

Сверхвысокое усиление без обратной связи: ОЧЕНЬ, ОЧЕНЬ ПЛОХО!!! Это в основном означает что-нибудь с операционным усилителем в нем. Схемы на операционных усилителях с коэффициентом усиления разомкнутого контура 10 000 и более требуют большого количества обратной связи, чтобы их можно было использовать. Хотя это снижает THD, интермодуляционные продукты, и особенно переходные интермодуляционные продукты, намного выше, чем они должны быть.

Сервоконтуры НЕ ДОЛЖНЫ находиться в контуре аудио обратной связи. Это правило также очень важно. Два моих любимых производителя высококачественной аудиоэлектроники вставили петли сервопривода в минусовой вход своих усилителей. Большинство других производителей, которые используют петли сервопривода, делают то же самое. операционные усилители, используемые для сервоконтуров, не имеют достаточно низкого выходного сопротивления, чтобы сделать их подходящими для этой цели. Кроме того, динамический выходной импеданс операционных усилителей добавляет нелинейности звуку, когда они включены последовательно с резистором усиления на отрицательном входе.

Усложняет разработку сверхвысококачественного аудиоматериала. Моими целями при разработке этого усилителя были: снизить коэффициент усиления на каскад, сохранить все каскады в классе А, не допустить, чтобы дифференциальный входной каскад даже близко подходил к отсечению при использовании источника тока. Поскольку усилитель имеет низкий общий коэффициент усиления и слабую обратную связь, сервопривод помогает предотвратить появление постоянного напряжения на выходе. В общем, если усиление разомкнутого контура поддерживается на низком уровне, чтобы устранить все или большую часть переходных интермодуляционных искажений, то схема усилителя должна быть чрезвычайно линейной и с низким уровнем искажений. В противном случае вы получите что-то, что измеряется и работает как дерьмо.

Цепь

Схема стандартной (без мостового выхода) версии усилителя для наушников показана на рис. 1. Коэффициент усиления разомкнутого контура усилителя составляет около 35. Даже при удалении обратной связи коэффициент нелинейных искажений составляет менее 0,01%. Это важно, потому что чем более линейным является усилитель без обратной связи, тем больше искажения THD, IM и TIM уменьшаются до неизмеримых уровней при добавлении обратной связи.

Stage 1 представляет собой полностью дифференциальный полностью сбалансированный входной каскад с двумя полевыми транзисторами. Ток холостого хода составляет всего 2 мА на сдвоенные полевые транзисторы (1 мА на полевой транзистор) и 4 мА на полный входной каскад, состоящий из обоих сдвоенных полевых транзисторов. Двойные полевые транзисторы генерируют смещение, которое запускает второй каскад, и постоянно поддерживает его и результирующую выходную секцию в классе A. Полевые транзисторы представляют собой двойные устройства со сверхнизким уровнем шума, специально разработанные для аудио. Суммарный коэффициент усиления по напряжению первого каскада равен 50.

Этап 2 — драйверный. Это стандартный усилитель напряжения класса А, в данном случае используемый как регулятор напряжения. Коэффициент усиления по напряжению составляет 0,5, а ток холостого хода 4,3 мА.

Двухтактный выходной каскад класса А представляет собой серию параллельных эмиттерных повторителей, токовых буферов. Коэффициент усиления по напряжению равен 0,9, коэффициент усиления по току равен 75. Ток холостого хода составляет 15 мА на транзистор (или 60 мА для 8 транзисторов на шине +16 В постоянного тока и 60 мА для 8 транзисторов на шине -16 В постоянного тока). Я спроектировал выходную секцию так, чтобы она работала в оптимальной точке для этих транзисторов, то есть по 15 мА каждый. Да, становится жарко; он должен нагреваться (но не настолько, чтобы требовать радиаторы). Невозможно сделать усилитель с выходным импедансом менее 0,1 Ом, не пропуская при этом изрядное количество тока.

Новая схема сервопривода: большинство сервоприводов (например, Mark Levinson и Krell) помещают выход сервопривода постоянного тока обратно в ножку — усилителя. Мне это просто не нравится. Это помещает шум и нелинейность операционного усилителя внутрь звукового контура.

Мой сервопривод возвращается к источникам тока для двойных полевых транзисторов на этапе 1. Как и все сервоприводы, это интегратор. Из-за большого (относительно) интегрирующего конденсатора и резистора в 1 МОм частота этого фильтра составляет 0,05 Гц. Даже с приличным операционным усилителем шум сервопривода составляет десятки микровольт и не оказывает существенного влияния на работу источников тока.

Сервооперационный усилитель в этом усилителе измеряет постоянный ток на выходе, если он есть, интегрирует его и подает на среднюю точку двух светодиодов. У светодиодов есть небольшое изменение напряжения по отношению к току, около 3 или 4%, и этого достаточно, чтобы сервопривод работал. Обратите внимание, что если транзисторы или резисторы очень плохо согласованы, сервопривод не будет работать, потому что его общий диапазон регулирования составляет не более 10%. Большинство стандартных сервоприводов (например, сервоприводы Mark Levinson или Krell) имеют гораздо более широкий диапазон.

Для наушников с высоким импедансом небольшой постоянный ток не повредит телефонам. С Grados с низким импедансом даже 0,1 В постоянного тока в течение длительного периода времени определенно повредит и/или изменит звук. Если все части подобраны вручную, блоки питания точно такие же и все резисторы действительно хорошего качества, усилитель должен работать стабильно и не должен дрейфовать. В этом случае сервопривод может быть опущен или заменен потенциометром триммера 20K, подключенным от +16 В постоянного тока до -16 В постоянного тока, при этом дворник подключается к штифту регулировки постоянного тока. В прототипе используются резисторы с допуском 0,05%, и я вручную подобрал транзисторы. Выходной постоянный ток составляет менее 6 мВ и остается абсолютно стабильным в течение нескольких месяцев, пока у меня есть устройство.

Схема — выхода для мостовой версии усилителя.

Рисунок 2

Усилитель выдает около 0,5 Вт на 32 Ом. В классическом определении класса А верхние транзисторы будут потреблять 120 мА, а нижние — 0 мА. Однако два резистора 3k во втором каскаде фактически предотвращают полное отключение любой группы транзисторов, поддерживая противоположный каскад на абсолютном минимуме 5 мА. В любом случае, 0,5 Вт в Grados — это невероятно громко.

Версия усилителя со сбалансированным мостовым выходом (рис. 2) предназначена для наушников, которые можно подключить как двойное моно (см. приложение для получения инструкций по преобразованию пары стандартных наушников Grado SR-80 в двойные монофонические наушники). Он имеет удвоенный размах напряжения, удвоенную скорость нарастания и в 4 раза большую выходную мощность (соперничает со сбалансированным усилителем HeadRoom Max за 2600 долларов).

Схема блока питания.

Ультра-регулировка источника питания (рис. 3) настолько чрезмерна и не нужна, что большинство, если не все, люди, собирающие этот усилитель, даже не заметят разницы. Однако у этой конструкции есть ряд преимуществ. Во-первых, это дизайн с двойным отслеживанием. Поскольку коэффициент усиления разомкнутого контура усилителя низкий, подавление синфазного сигнала из-за источника питания невелико. Однако, если и +, и — линии напряжения перемещаются вверх и вниз на одинаковую величину, дрейфа смещения нет.

Из-за предварительных регуляторов общее отклонение линии/нагрузки составляет менее 0,0001%. Быстродействующие конденсаторы позволяют блоку питания быстро и контролируемо реагировать на высокореактивные нагрузки, такие как Grados. Выходы операционных усилителей активны в обоих направлениях; они могут толкать или тянуть, чтобы удерживать источник питания точно в нужной точке. Конструкция блока питания была попыткой придумать абсолютно лучший блок питания, который я только мог. Работает даже тише, чем аккумуляторы.

Строительство

Прототип был построен с двухточечной проводкой, что сделало его компактным и компактным. Компоновка точно такая, как показано на схеме, поэтому плата только однослойная. Хотя усилитель легко собрать без печатной платы, я разработал ее для усилителя. Размер каждой платы (вам нужно 2 для стандартного усилителя или 4 для мостовой версии) составляет 3,3 x 3,8 дюйма. Через несколько месяцев я могу переделать плату в одной из систем, куда я могу отправить файл через Интернет и получить платы обратно (например, expresspcb.com).

Полный диапазон регулирования сервопривода составляет не более 10%, поэтому некоторые детали, связанные с сервоприводом, должны быть точно согласованы для оптимальной работы сервопривода. Резисторы 500 Ом, светодиоды 1,6 В, транзисторы смещения и транзисторы второго каскада должны быть согласованы с точностью до 0,5% или даже 0,25% для оптимальной работы сервопривода (двойные полевые транзисторы уже согласованы). Чтобы согласовать светодиоды, подключите один из них последовательно с резистором 10 кОм, подключите его к 15 В постоянного тока и измерьте напряжение на нем. Сделайте это с несколькими из них и выберите наиболее близкое совпадение.

Схемы согласования транзисторов NPN и PNP.

Я использовал анализатор кривых Tektronix для сопоставления транзисторов. На рис. 4 показаны две схемы для согласования бета (коэффициента усиления) транзисторов NPN и PNP с использованием только вольтметра. Просто измерьте (и сопоставьте) напряжение коллектора каждого транзистора относительно земли. Оно должно находиться в диапазоне от 10 до 11 В для NPN или от 5 до 6 В для PNP.

Заменителей полевых транзисторов нет. Транзисторы PNP и NPN в прототипе были MPS809.9 и MPS8599. Onsemi сняла их с производства, но их все еще много. Теперь я покупаю все свои транзисторы через Интернет у MCM Electronics. У меня было слишком много проблем со всеми остальными. Стоимость PNP 2SA1015 составляет 0,46 доллара США каждая; NPN 2SC1815 стоят 0,41 доллара США каждый. Двухканальный p-канальный полевой транзистор 2SJ109 стоит около 6,50 долларов США; его n-канальный аналог стоит 5,90 доллара. К тому времени, когда вы все это сложите, минимальный заказ MCM все еще будет меньше, поэтому вам нужно купить что-то еще.

Печатная плата с набивкой.

Быстродействующие конденсаторы 5мкФ в блоке питания не критичны. Они удовлетворяют «сумасшедший край» в звуке. Эти конденсаторы рассчитаны на скорость нарастания (dv/dt), примерно в 4 раза превышающую скорость стандартного конденсатора. Они стоят 7,50 долларов от Illinois Capacitor Company. Точно так же операционные усилители в блоке питания не критичны. В прототипе блока питания я использовал Apex PA09, который имеет скорость нарастания 400 В/мкс и стоит 167 долларов каждый (помните, я сумасшедший). Обычные люди должны использовать Texas Instruments OPA549 (10 В/мкс), которые стоят 11 долларов за штуку. Регуляторы LM3xx имеют радиатор (рассеивают не менее 3 Вт каждый, 6 Вт для мостовой версии усилителя).

Корпус Mod.U.Line производства Precision Fabrication Technologies Inc. (номер по каталогу 03-1209-BW), доступный в Newark Electronics. Сейчас они стоят около 85 долларов за штуку. Алюминиевый корпус удобен в использовании, легко пробивается и хорошо держит краску. Разъем для наушников — дешевый Radio Shack. Хотя работает нормально. С тех пор у меня есть несколько коннекторов Neutrik, которые я когда-нибудь вставлю. Теоретически между разъемами RCA на задней панели и разъемом для наушников на передней панели есть контур заземления. Несмотря на то, что фон на частоте 60 Гц ниже примерно на 110 дБ, разъемы Neutrik изолированы и решат эту проблему.

Внутренняя часть корпуса усилителя.

Выход усилителя ограничен по напряжению (но не по току), потому что на втором каскаде заканчивается размах напряжения — обычно около 6 В (среднеквадратичное значение). Для нагрузки 32 Ом максимальная выходная мощность составляет 1,125 Вт (0,1875 А). Для нагрузки 300 Ом, такой как Sennheiser HD600, максимальная выходная мощность составляет 0,125 Вт (0,02 А). Чтобы увеличить максимальное выходное напряжение, скажем, до 10 В (среднеквадратичное значение), попробуйте увеличить напряжение питания до ±20 В постоянного тока и заменить резисторы 500 Ом в источниках/потребителях тока на 600 Ом (или ±24 В постоянного тока и 700 Ом, но будьте осторожны, чтобы не поджечь выходные транзисторы).

Мостовая версия будет выдавать 4,5 Вт на 32-омный Grados и 0,5 Вт на 300-омный Sennheiser HD600. На полной мощности усилитель выпадает из класса А, но на уровнях, которые все равно поджарят ваши уши.

Результат

Регулировка: В блоке питания отрегулировать верхний подстроечный потенциометр 20К на +24 вольта на отводе после LM317. Затем отрегулируйте нижний потенциометр 20К на -24В на отводе после LM337. (Примечание: отводы ±48 В показаны только для справки; на самом деле они не используются усилителем.) Если сервопривод был заменен потенциометром 20K, отрегулируйте триммер так, чтобы на выходе было 0 В постоянного тока. Все, что ниже 25 мВ, в порядке.

Слушал сбалансированный HeadRoom Max на The Home Electronics Show. Низкочастотный басовый слэм в аппарате отсутствует. Когда я послушал BlockHead ($3333) и сравнил его с моим несбалансированным/сбалансированным усилителем, произошло то же самое. Без кабума слушать не так весело.

Этот усилитель дает Grados и Etymotic Canalphones более полное и прямолинейное звучание, чем встроенные разъемы для наушников на различных проигрывателях — басы звучат так, как никогда раньше. И изображение перемещается вокруг вашей головы к центру вашего носа. Etymotics имеют тенденцию звучать тонко и отстраненно по сравнению с другими усилителями. В целом, я должен сказать, что этот усилитель воспроизводит гораздо более плотные басы — это похоже на то, как если бы мы поставили микрофон перед басовой скрипкой, а не внутри нее.

DIY IRF610 MOSFET усилитель для наушников класса A Project

Самодельный усилитель для наушников класса A

Не в восторге от того, как звуковая карта компьютера раскрутила мои наушники Grado SR80 с сопротивлением 32 Ом, я решил собрать себе настольный усилитель для наушников для офиса. В этом случае у меня было много усиления по напряжению, но у звуковой карты просто закончился газ с хорошими наушниками. Этот усилитель подходит только для установок, в которых входной сигнал не требует усиления по напряжению (например, выход предварительного усилителя, mp3-плеера или компьютера). Этот усилитель будет выдавать достаточно тока для работы с более требовательными типами наушников.

Это простой проект усилителя для наушников «сделай сам» (DIY), созданный в первую очередь после проекта драйвера для наушников MOSFET Class-A Грега Секереса и в некоторой степени проекта усилителя 2SK1058 MOSFET MOSFET класса A Марка. Концепция усилителя проста и соответствует типичной однотактной схеме класса А, использующей активный источник постоянного тока (CCS) вместо пассивного резистора. CCS удваивает эффективность схемы по сравнению с той, где используется пассивный нагрузочный резистор, доводя ее до 25%.

Рис. 1. Схема базового усилителя класса А

Есть несколько моментов, на которые стоит обратить внимание. Схема повторителя FET сможет подавать большой ток, но коэффициент усиления по напряжению будет меньше единицы. Этот усилитель подходит только для приложений, где входной сигнал не требует усиления по напряжению (например, выход mp3-плеера или компьютера). Кроме того, простая несимметричная схема, подобная этой, не будет подавлять пульсации источника питания, и поэтому любой шум в источнике питания будет проходить прямо через усилитель. По этой причине вам нужно будет использовать регулируемый источник питания. Подходящие недорогие регулируемые (настенные) блоки питания можно приобрести в магазине Radio Shack. 10-20 В постоянного тока и 750 мА должны быть в порядке.

Схема этого проекта усилителя для наушников показана ниже на рисунке 2. В этом примере используется полевой МОП-транзистор IRF610, но вместо него можно использовать самые разные полевые транзисторы. Я добился успеха с IRF510, IRF610, IRF611, IRF612 и IRF710, и все они работали хорошо. Вам следует держаться подальше от типов IRF530 или IRF540 (обычно встречающихся в источниках питания), так как будет ужасный спад высоких частот. Используя простое применение обычного регулятора напряжения LM317, он настроен как очень точный CCS, настроенный на потребление 250 мА.

Рис. 2. Схема усилителя для наушников IRF610 класса A

Конструкция — усилитель для наушников класса A с полевым транзистором Mosfet своими руками

Этот усилитель для наушников будет находиться в основном на моем рабочем столе, поэтому он должен вписаться в офисную обстановку. К счастью, у меня был мертвый внешний CD-ROM Plextor, который идеально подходил для корпуса и хорошо вписывался в мой рабочий стол. Что еще лучше, он уже имел выключатель питания, розетку адаптера питания и входы RCA на задней панели, а также разъем для наушников на передней панели. Идеальный! Открытое отверстие, которое вы видите на задней панели, — это место, где находился разъем USB, но я ранее использовал его для другого проекта.

Фотография 1: Внешний корпус компакт-диска Plextor

Усилитель построен на прототипных платах площадью ~1,75 дюйма от Radio Shack (276-148), но подойдет любая плата. согласованные) металлопленочные резисторы, майларовый входной конденсатор 1 мкФ и полипропиленовый обходной конденсатор 0,47 мкФ на выходе.Развязывающий конденсатор 0,1 мкФ также полипропиленовый.Некоторые могут предпочесть использовать более качественные входные и обходные конденсаторы, и это должно улучшить звук.Вы можете использовать углеродные резисторы, но я предлагаю вам использовать металлическую пленку, особенно для CCS, из-за их превосходной температурной стабильности по сравнению с углеродом.

Фото 2: Самодельный усилитель для наушников на макетной плате

Радиаторы были спасены от различных мертвых компонентов. Меньшие радиаторы имеют площадь около 1,75 дюйма и нагреваются умеренно, но имейте в виду, что радиаторы прикреплены к металлическому корпусу, что также помогает рассеивать некоторое количество тепла. Обязательно изолируйте полевой МОП-транзистор и регулятор от радиаторов.

Фотография 3: Конструкция усилителя для наушников

Сначала усилитель для наушников был протестирован (дымовой тест) с использованием регулируемого источника питания при очень низком напряжении. Смещение устанавливается путем изменения переменного резистора 100 кОм до тех пор, пока на выходе MOSFET (источник) не будет половина напряжения питания (сток). Вы захотите проверить и сбросить смещение несколько раз в первые несколько часов, так как оно будет дрейфовать, пока все не установится. Усилитель хорошо работал в диапазоне от 10 до 20 В постоянного тока, но, похоже, лучше всего работал при 13 В и выше. При регулируемой подаче гула не было слышно. При нерегулируемой подаче такого не было.

Фотография 4: Конструкция усилителя для наушников

Затем у меня появилась возможность опробовать мой новый USB-осциллограф. Это осциллограф DSO-2150 с двойной трассировкой, полосой пропускания 60 МГц и максимальной частотой дискретизации 150 МС/с. Для тех, кто интересуется такими осциллографами, вот немного больше информации о моем опыте работы с USB-осциллографом DSO-2150 на базе ПК. Я проверил синусоидальную характеристику и, как и ожидалось, результаты были хорошими в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц (пределы моего функционального генератора). Ниже приведены два снимка экрана с откликом прямоугольной волны на частотах 100 Гц и 4800 Гц.

Фотография 5: прямоугольная волна 100 Гц

Фотография 6: Отклик прямоугольной волны 4800 Гц

Верхняя кривая (зеленая) — это входной сигнал, а нижняя кривая (желтая) — выходной сигнал. Мой генератор сигналов не очень хорош, и это отражается на качестве входных волн. Если вы сравните входное напряжение с выходным напряжением, вы увидите, что усиление схемы составляет около 0,8. Как вы можете видеть на кривой 100 Гц, прямоугольная характеристика слегка наклонена, но стабильна. Наклон постепенно уменьшается по мере увеличения частоты, и за пределами 300 Гц отклик прямоугольной волны превосходен до 20 кГц, что является пределом моего генератора сигналов. Поскольку музыка состоит в основном из синусоидальных волн, это не проблема, поскольку синусоидальная характеристика была хорошей во всем слышимом диапазоне.

Последние штрихи заключались в том, чтобы приклеить лицевую панель CD-ROM к алюминиевой пластине и снова собрать корпус. Поскольку для регулировки громкости будет использоваться mp3-плеер или компьютер, на усилителе нет потенциометра. Оригинальная ручка регулировки громкости с компакт-диска была вырезана и приклеена на место.

Фотография 7: Лицевая панель CD-ROM

Фотография 8: Готовый усилитель для наушников на МОП-транзисторах класса А

Вторая сборка — усилитель для наушников с полевым МОП-транзистором класса А

ОБНОВЛЕНИЕ — декабрь 2013 г. На фотографиях ниже показан второй из этих усилителей, который я построил. Эта версия усилителя для наушников Mosfet класса A имеет очень качественную печатную плату, которую сделал участник форума и прислал мне в подарок.

Фотография 9: Печатная плата усилителя для наушников на полевых МОП-транзисторах класса А

В качестве источника питания я использую блок питания 20 В постоянного тока от старого ноутбука. 20 В постоянного тока регулируются до 16 В постоянного тока с помощью базовой схемы переменного источника питания LM317. Это обеспечивает сверхтихий источник питания, который необходим для этой схемы усилителя.

Фотография 10. Усилитель для наушников на полевых МОП-транзисторах класса А с регулируемым блоком питания LM317

Усилитель для наушников был встроен в корпус от какого-то старого процессора Dolby (1990-х годов), который мне пришлось немного доработать. В качестве источника входного сигнала используются обычные разъемы RCA. Для выхода на наушники я использую штекер Neutrik Locking 1/4″. Это очень качественный штекер 1/4″ с замком, и я постоянно использую его в своих сборках.

Фотография 11: Второй готовый усилитель для наушников на полевых МОП-транзисторах класса А

Звук — усилитель для наушников на МОП-транзисторах класса А

Для простого однотактного усилителя звук на мой слух довольно хорош.