Схемы высококачественных усилителей мощности для наушников
Хорошим наушникам – хороший усилитель, или как нам создать эксклюзивное High End Audio своими руками
Чем хорош специализированный усилитель для наушников и стоит ли нам за ним шустро метнуться в магазин?
Ну, по поводу магазина я утверждать не возьмусь по причине весьма высокой, а порой и неадекватной стоимости топовых «хэдфон амплифаеров». А вот по поводу желательности такого изделия для качественных (и от того часто высокоомных) наушников, скажу авторитетно – специализированный усилитель для них окажется совсем нелишним.
А для того, чтобы у нас при этом не возникло ощущений, что наш амплифаер обсыпан алмазами и соединён с внешним миром золотыми шнурками, можно попытаться выполнить данное электронное устройство самостоятельно. Для этого нам понадобятся: руки парные из правильного места – 2 шт, голова, желательно работающая – 1 шт, паяльник с припоем – 1 шт, а также некоторое количество радиотехнических знаний.
Причём, оказывается, что те сокровенные хотелки, которые мы так и не решились осуществить при изготовлении большого УМЗЧ для колонок, можно гораздо проще реализовать в значительно менее мощном усилителе для наушников. А какие такие хотелки могли преследовать заядлого меломана?
Ну, во-первых, двухтактный усилитель, работающий в классе А. Во-вторых, ещё более радикальный вариант, мечта меломана, усилитель, тоже работающий в классе А, но на этот раз – однотактный. Ну и, в конце концов, никто не мешает нам порадовать свой слуховой аппарат своеобразным, но крайне музыкальным звучанием германиевого усилителя.
Но для начала нам надо определиться с выходной мощностью, а вернее (учитывая большой разброс импедансов наушников) – максимальным размахом выходного напряжения усилителя. А поскольку мы ребята умные, но ленивые, то и не будем сильно запариваться изучением различных характеристик наушников (таких как: импеданс, чувствительность и т. д.), а оценим, какими возможностями обладают топовые изделия жадных до денег буржуйских производителей.
На основании осуществлённой работы, констатируем факт, что в целом мощностные характеристики различных дорогих агрегатов близки и обеспечивают выходную мощность: около 200 мВт на нагрузке 300 Ом.
Не надо быть Георгом Симоном Омом, чтобы, исходя из полученных знаний, определить амплитуду выходного сигнала усилителя, выдаваемую на пике мощности. Эта величина составляет
22 (V peak-to-peak), из чего следует, что для питания усилителя нам потребуется минимум +24 В однополярного питания, либо ±12 В двухполярного.
Приведённая ниже схема усилителя на германиевых транзисторах не удовлетворяет указанным требованиям к напряжению ИП, поэтому область её применения несколько ограничена импедансами наушников, которые не должны превышать значений 200. 250 Ом. Хотя никто и не мешает запитать её стабилизированным напряжением ±12В.
Рис.1 Схема усилителя для наушников на Ge транзисторах, 32 Ом, 0.75 Вт
Схема является продуктов коллективного творчества бойцов форума devicemusic.ucoz.ru/forum/ и, как пишет автор-прародитель: рекомендуется к повторению опытным радиолюбителям. Далее по тексту:
На выходе применены комплементарные германиевые транзисторы буквенным обозначением «Б» или «Е», с граничной частотой 1 МГц и относительно высоким коэффициентом передачи тока базы.
Выходной каскад является самостабилизирующимся по току покоя благодаря наличию местной ООС, охватывающей два каскада – выходной и предвыходной.
Любое увеличение тока выходного каскада, проходящее через резисторы R19, R20 приводит к подзапиранию предвыходных транзисторов VT6, VT7.
Дополнительная термостабилизация достигается установкой VD3 на радиатор одного из выходных транзисторов.
Резисторы R18, R21 симметрируют плечи выходного каскада и совместно с R14, R17 образуют динамическую нагрузку (генератор тока) для предвыходного каскада.
Драйверный каскад VT4, VT5 построен по схеме каскодного усилителя с генератором тока на VT3 в нагрузке.
Питание должно быть стабилизированным.
На входе можно использовать транзисторы МП35, МП38А, с коэффициентом передачи тока базы – не менее 50.
Все конденсаторы в схеме плёночные.
Подстроечный резистор R22 в дифкаскаде – для настройки нуля на выходе УНЧ.
Конденсаторы С4, С5 – для предотвращения самовозбуждения.
Для достижения максимально высоких параметров усилителя, транзисторы следует отобрать со следующими значениями β: Т1,Т2 – (80. 100); Т3 – (50. 60); Т4 – (50. 60); Т5 – (100. 150); Т6,Т7 – (80. 100); Т8,Т9 – (80. 150).
Дополнительно: Т1,Т2; Т6,Т7; Т8,Т9 – подобрать в пары по максимально близким параметрам β.
Рис.2 Печатная плата усилителя для наушников на Ge транзисторах
Следующая остановка нашего маршрута – усилитель для наушников JLH Джона Линсли Худа, работающий в чистом классе А.
Практически идентичная схема УМЗЧ была опубликована автором в далёком 1969 году, но даже сейчас, спустя 50 лет продолжает удивлять и радовать энтузиастов отличным качеством звучания и предельной простотой конструкции.
Рис.3 Оригинальная схема усилителя JLH для наушников
Схема данного усилителя крайне проста и не потребует каких-либо значительных вложений при его реализации.
Основные технические характеристики усилителя:
Рекомендуемая нагрузка – от 8 Ом и выше;
Частотный диапазон: 12 Гц-50 кГц (0/-1 дБ); 12 Гц-120 кГц (0/-3 дБ);
Коэффициент усиления: 21 дБ;
Соотношение сигнал/шум: 101 дБ;
Скорость нарастания сигнала: более 35 В/мкс;
Напряжение питания: ± 12 В;
Потребляемый двумя каналами ток: 260 мА;
Ток покоя каждого выходного каскада усилителя: 125 мА
Ток покоя выходного каскада устанавливается автоматически. Его можно проверить по величине падения напряжения на резисторе R11, воспользовавшись законом Ома и деревянными счётами.
Напряжение на выходе усилителя тоже (по идее) должно быть довольно близким к нулю, однако при желании поточнее подрегулировать его уровень, можно слегка поиграться номиналами R1 и R3, либо припасть к несколько модифицированной схеме, освоенной нашими китайскими друзьями, а по совместительству – производителями электронных наборов усилителей.
Рис.4 Модифицированная схема усилителя JLH для наушников
Изменения по отношению к оригинальной схеме здесь совсем незначительны. Помимо шунтирования электролитических конденсаторов неполярными (что, по сути – не повредит), введена регулировка потенциала средней точки, для чего добавлен стабилитрон на 2,7 В и подстроечный резистор Р2.
И, наконец, самый радикальный Headphone Amplifier, который справедливо может претендовать на звание «настоящего High End-а» – однотактный усилитель мощности, разумеется, работающий в классе А.
Не буду распространяться про ни с чем не сравнимый звук однотактника, ибо вопрос это довольно философский и никаким писюном не связанный с техническими характеристиками аппаратуры, а поэтому – просто приведу схему отличного усилителя для наушников. 
Рис.5 Схема усилителя «Дзен» от Н. Пасса, адаптированная под работу с наушниками
Схема эта принадлежит руке Нельсона Пасса (Nelson Pass), являющимся главным идеологом УМЗЧ по технологии Zen, а по совместительству – руководителем лаборатории «Pass Labs».
Хоть данная разработка и появилась одной из первых среди плеяды усилителей Пасса, выполненных на MOSFET транзисторах, однако (на мой взгляд) является лучшей в своём классе и в сухом остатке способна выдавать бескомпромиссное звучание, по гармоническому составу максимально близкое к звуку ламповых однотактников.
Поскольку импеданс качественных наушников в десятки раз превышает сопротивление акустических систем, то и ток покоя выходных транзисторов (относительно исходных 2А) следует уменьшить в пропорциональное количество раз. В варианте, приведённом на схеме, этот ток составляет величину 270 мА.
Для улучшения качественных характеристик усилителя, напряжение питания не следует уменьшать до 24 В. И пусть мощность, рассеиваемая на двух выходных транзисторах, составляет
10 Вт и имеет несколько большую величину, чем хотелось бы, однако радиаторы при такой мощности рассевания не будут иметь удручающих размеров и вполне впишутся к корпус средних размеров.
Ток покоя выходных транзисторов устанавливается автоматически.
Изменением номинала резистора R6 можно подрегулировать (при необходимости) уровень выходного постоянного напряжения.
Коэффициент передачи усилителя равен
4,5.
Печатную плату и расположение элементов на ней можно посмотреть на странице сайта Нельсона Пасса –  ссылка на страницу .
Чем хорош китайский хунвейбин? А китайский хунвейбин хорош шустростью и усердием! Я вот, к примеру, нигде у Пасса не видел представленную ниже схему. А вот у китайца увидел, причём не только в нарисованном виде, но и в виде готовой железяки, предлагаемой на всем известной торговой площадке.
Рис.6 Схема Zen усилителя для наушников от electronics-diy.com
Источник
Собираем собственный аудио усилитель профессионального уровня не (очень) дорого
Получаем потрясающий стереозвук на основе платы 3e Audio Д-класса
Перевод статьи с сайта IEEE Spectrum, автор – Гленн Зорпет
Несколько лет назад я решил узнать, насколько дёшево можно сделать самому усилитель Д-класса аудиофильского качества. Тогда у меня получилось $523,43. Я смастерил достойный усилок, и статья на IEEE Spectrum всё ещё привлекает читателей и периодические вопросы о том, где можно достать запчасти.
Сожалею, но основные компоненты уже давно исчезли. Поэтому я направлял всех страждущих к наборам от Class D Audio, DIY Class D и Ghent Audio. И пару месяцев назад мне вдруг захотелось проверить, насколько лучше у меня получится сделать усилок сейчас, почти десять лет спустя. Часть мотивации возникла из-за ежегодных списков лучших стерео усилителей с сайта The Master Switch. В списке доминируют усилители стоимостью от $1000 (и десять из них стоят более $2000).
Модные аудио прибамбасы – моя слабость. Но давайте уже отложим в сторону чековую книжку и достанем паяльник. Если вы обладаете базовыми навыками пайки и работы с инструментами – сможете просверлить отверстия в алюминиевом листе? – вы может сделать высококачественное оборудование гораздо дешевле.
Вкратце, усилитель Д-класса работает, преобразуя аналоговый сигнал в переменную последовательность квадратных импульсов фиксированной амплитуды. Эти импульсы включают и выключают транзисторы, а выход транзисторов преобразуется обратно в аналоговый сигнал, более громкий. Когда я писал свою первую статью, аудиоустройства Д-класса были сравнительно новыми, и аудиофилы спорили по поводу того, могут ли они звучать так же хорошо, как устройства класса АБ или А.
Сейчас уже никто не спорит по этому поводу. На рынке представлено множество усилителей класса Д, и лучшие из них доминируют в верхних позициях списков.
Разработка и создание усилителя Д-класса – предприятие, достойное похвалы. Если вы решите пойти таким путём, я отдаю вам честь и предлагаю начать с прекрасной статьи Цезаря Чирилы на сайте All About Circuits. Но если всё, что вы хотите – это максимальное соотношение качества к цене, лучшей стратегией будет тщательно выбрать модуль усилителя и другие компоненты из огромного количества готовых вариантов. Именно это я и сделал. Не стоит благодарности.
Усилитель состоит из двух базовых компонент: источник питания и схема. После пары недель исследований и оценок я остановился на схеме EAUMT-0050-2-A усилителя Д-класса от 3e Audio, компании из Шэньчжэня. Она основана на прекрасном чипе усилителя от Texas Instruments, TPA3250, хорошо показавшем себя в сравнении с усилителями Д-класса, собранными из отдельных компонентов.
TPA3250 может работать с динамиками на 8 Ом или 4 Ом, а его эффективность составляет 92%, согласно данным от TI. Он может принимать симметричные входные сигналы (часто используемые в музыкальных студиях и других профессиональных вариантах применения) или односторонние (обычно используемые в потребительских аппаратах).
Музыкальная композиция: усилитель (вверху) использует коннекторы XLR (слева на фото) для ввода сигнала, типичные для профессиональной аппаратуры. Внутри его главные части – это трансформатор от AnTek Products Corp. (второй сверху), плата выпрямителя от Xkitz Electronics (третья сверху) и модуль усилителя от 3e Audio (внизу) на основе Texas Instruments TPA3250.
Результаты тестов с сайта 3e утверждают, что их плата на основе TPA3250 имеет коэффициент нелинейных искажений + шум (THD+N) в 0,0025% на мощности в 20 Вт и нагрузке в 4 Ом для сигнала в 1 кГц. Это безумно мало. Для сравнения, усилитель Д-класса nova300 от Peachtree Audio стоимостью в $2199, объявленный сайтом The Master Switch «самым лучшим усилителем этого года» имеет показатель THD+N равный 0,005% при прочих равных.
Нужно отнестись к этому критически и понять, что услышать разницу между THD+N в 0,0025% и 0,005% невозможно. Суть в том, что звуковая система, состоящая из усилителя на основе платы 3e стоимостью в $49, вместе с хорошим ЦАП и предусилителем может выдавать звук, сравнимый с high-end усилителем.
В качестве источника питания рекомендую нерегулируемый предназначенный для аудио источник от Xkitz Electronics, модели XAPS-500W ($30). На него следует подать ток 22 В от 200 ВА трансформатора от AnTek Products Corp., модели AS-2222 ($32). Если вы предпочитаете импульсный стабилизатор напряжения вместо линейного, прекрасным выбором станет SMPS300RS от Connex Electronic ($65, вместе с трансформатором). Если хотите сэкономить, на AliExpress есть плата выпрямителя HPOO всего за $15. На другом конце шкалы есть модуль Eltim PS-UN63RQ за €119. Доставка его в США обойдётся в дополнительные €81, поэтому для жителей Америки это не вариант (по ссылке представлен полный список запчастей).
Закончив с усилителем, я подключил его к 30-летним трёхканальным колонкам от Panasonic, которые я часто использую для проверок. Раздавшийся из них звук оказался таким классным, что я был поражён. За всё время я слушал через эти колонки штук 15 различных усилителей, включая ламповые стоимостью вплоть до $1200. Ни у одного из них не было такой чёткости звука и такого точного, детального, и вместе с тем плавного воспроизведения, как у модуля от 3e вместе с источником питания от Xkitz. По моему опыту, найти идеальный баланс точности, плотности басов и общей теплоты звука может очень малое количество усилителей. И данному усилителю это удалось.
Общая стоимость составила $259,01. Чуть больше половины стоимости предыдущего усилителя, выдававшего при этом звук похуже, построенного мною десять лет назад. В эту сумму входит $37,50 за профессиональную покраску корпуса порошковой краской. И я не рекомендую пропускать этот шаг, если только вы не профессионал в покраске алюминия. Усилитель класса high-end должен и выглядеть соответственно. Но, возможно, об этом можно будет как-нибудь поспорить.
Источник