Усилитель звука для наушников своими руками схема

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 – &nbspссылка 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

Усилитель для наушников просто и быстро

Данная статья рассчитана на начинающих паяльщиков или людей совсем без опыта, так как рассматриваемое устройство довольно простое и не требует какой-то подготовки. Людям более-менее продвинутым тут, пожалуй, ничего интересного не откроется.

Несмотря на простоту, девайс звучит вполне прилично, а усиливает вообще замечательно, так что если есть желание что-то сделать своими руками, не тратя на это неделю — добро пожаловать. Если же вам просто нужен усилитель для наушников, то сходите и купите. Это будет дешевле и проще.

Зачем

Как многие разработчики, я люблю работать в наушниках. Это создает необходимый барьер между мозгом и разговорами/телефоном/пр. шумами офиса. Не так давно я купил себе относительно неплохие наушники AKG 272 HD, и втыкаю я их в SB Audigy 2. Звуковая картина в целом радует и дарит всяческие наслаждения, но обнаружился один момент — при прослушивании не очень современной музыки, музыки, не затронутой войнами громкости, а также композиций, не страдающих болезненной компрессией и перегейном, громкости звучания недостаточно, даже при вывернутых на максимум ползунках. Вероятно, это связано с чувствительностью используемых динамиков.

Для решения этого вопроса я решил потратить свободный вечер на постройку небольшого усилителя для наушников.

Подобные устройства не редкость, и их довольно много по цене «от 15$», в большинстве своём made in China. Подобная покупка лично мне кажется а) неспортивной и б) труднопрогнозируемой по качеству звука. Что находится внутри коробочки за 20$ можно узнать только после получения, а на какой чип нанесена маркировка пафосного аудио усилителя — вообще навсегда останется загадкой. Ходить же по локальным магазинам и слушать разные модели — банально лень и жалко времени.

Требования

Каких-то особых требований к устройству я не предъявлял, основные моменты таковы:

• стерео;
• внешнее питание, чтобы не заморачиваться с батарейками;
• умеренные габариты;
• качество звука выше сносного (учитывая, что прослушивание в наушниках, строить hi-end смысла нет);
• простота схемы.

Под эти требования подходит тысячекратно проверенная CMoy Pocket Amplifier. В интернете имеется довольно много англоязычных ресурсов с разбором этой схемы и деталей её работы. Русскоязычной информации почему-то не очень много.

Под какие-то исключительные наушники и звуковую карту эта схема, пожалуй, не подойдет, но для нормального «бытового» оборудования вполне годится.

В оригинальной схеме используется относительно качественный (и довольно дорогой) Burr-Brown OPA132, который, помимо прочего, еще и довольно редок в наших краях, но существует целый ряд альтернатив (ссылка на тестирование в конце статьи) так что можно смело собирать. Других редких или дорогих деталей в схеме не используется.

Подготовка

Схема устройства представлена на рис. 1. Точнее, там схема питания и половина схемы усиления — на один канал.

Рис. 1. Схема питания и одного канала

Как видно, схема предельно проста. Не мудрствуя лукаво, разводим плату как получится, под размеры имеющихся деталей. У меня получилось как показано на рис. 2.

Сразу отмечу — устройство я собирал из того, что было под рукой — резисторы 0.5 Вт 5%, высоковольтная пленка, большие электролиты. Маленькой коробочки под рукой тоже не было, поэтому в размерах я не стеснялся. При желании это всё можно сделать раза в три меньше.

Рис. 2. Эскиз печатной платы

Теперь собираем детали — по сусекам или в магазине.

Полезные советы закупающимся впервые:

• не забудьте купить панельку для микросхемы в корпусе dip 8 (и, соответственно, саму микросхему покупайте в этом корпусе). Панелька нужна чтобы легко менять микросхемы и подбирать их на слух, ну и перегреть её паяльником не получится;
• резисторы пойдут 0.25Вт. Чем точнее, тем лучше, но без фанатизма;
• электролитические конденсаторы брать на напряжение 35В и выше;
• если будете делать светодиод — не забудьте держатель для него, соответствующего диаметра.

Теперь можно приступать непосредственно к изготовлению.

Изготовление платы

С помощью любого удобного способа нужно изготовить плату. Я использовал ЛУТ, у меня уже есть опыт и отличный боевой утюг:

Рис. 3. Утюг

Для травления таким способом понадобятся следующие устройства и материалы:

• Фольгированный текстолит;
• Ножовка по металлу или бормашинка с отрезным кругом;
• Лазерный принтер;
• Глянцевый журнал (лучше без женщин, чтоб не отвлекаться);
• Утюг, который не жалко;
• Мелкая наждачная бумага;
• Ацетон;
• Тряпки или ватные диски;
• Хлорное железо;
• Посудина для травления;
• Раковина, мыло.

Детальные фотографии процесса приводить не буду (сказать и показать что-то новое по поводу ЛУТа довольно трудно, в интернете всё есть). Вкратце процесс таков:

1. Вырезаем подходящий кусок текстолита. В идеале — обработать получившиеся кромки напильником, так легче равномерно проутюжить потом;
2. Зачищаем медный слой мелкой наждачкой, промываем водой с мылом, и стараемся больше не касаться его пальцами;
3. Печатаем лазерным принтером разводку платы на странице из глянцевого журнала;
4. Вырезаем, прикладываем рисунок на текстолит, накрываем листом белой бумаги, и утюжим горячим утюгом до тех пор, пока бумага не пожелтеет (это индикатор того, что текстолит прогрелся достаточно). Утюжим старательно, равномерно, не забывая углы. Перегревать текстолит не следует — расплывется печать, а также текстолит может деформироваться;
5. Кладем текстолит (осторожно, он горячий) с приклеившимся рисунком в толстую книгу (ненужную!), и становимся всем весом сверху на пару минут;
6. Вынимаем, кидаем в ёмкость с горячей водой (я использую глубокую тарелку) минут на 5-10;
7. Под краном с горячей водой осторожно отслаиваем бумагу, «катышками». В итоге останутся только черные дорожки;
8. Изучаем. Если получилось совсем плохо — смываем всё ацетоном идем к п. 3. Мелкие дефекты можно выправить — расплывы удалить кончиком ножа, а плохо прилипшие дорожки подправить чем-нибудь — например, взять у подруги лак для ногтей, удобно и прочно;
9. Разводим раствор хлорного железа в подходящей посудине. Важно! Соблюдайте технику безопасности! Сначала вода, затем железо, и понемногу. Нельзя заливать железо водой — если хлорное железо хорошее, то будет выделяться очень большое количество тепла. Разводим до цвета крепкого чёрного чая;
10. Побалтывая, ждем пока сойдет медь. Лучше делать это в проветриваемом помещении, в тепле (чем выше температура, тем быстрее скорость реакции);
11. Вынимаем плату, тщательно промываем и смываем порошок ватным тампоном/диском с помощью ацетона. Всё, плата готова!

После этого можно начинать сверлить отверстия. В итоге у меня получилась вот такая плата (постарайтесь не перетравить, как это вышло у меня. Это некритично в данном конкретном случае, каких-то больших токов тут не протекает, а заряженные частицы и так найдут где двигаться, но всё же):

Рис. 4. Рассверленная плата.

Меры предосторожности:

• Не используйте хороший утюг — поцарапаете всю подошву и получите нагоняй от его водителя;
• При работе с хлорным железом соблюдайте меры предосторожности. Избегайте попадания на кожу, вдыхания паров, попадания хлорного железа на металлические предметы.

Далее плату лудим и запаиваем детали:

Рис. 5. Лужение

Рис 6. Плата в сборе

При сборке я сразу запаял резисторы R5 (обозначения по схеме) для уменьшения шумов, однако после испытаний от них отказался, впаяв перемычки. В остальном от оригинальной схемы не отступал.

Переключатель питания и светодиод я делать не стал, поскольку батарейное питание и экономия энергии для меня неактуальны, и устройство будет работать от внешнего блока питания.

Как видно на рис. 6, я использовал сдвоенный пот ALPHA и изолированное от корпуса гнездо для питания (это важно).

Также использовались 1/4″ разъемы, просто потому, что они у меня в ходу, как и соответствующие штекеры, хотя в данном проекте логичнее использовать разъемы 3.5 мм. Мои экземпляры не изолированы от корпуса, и я даже получил земляную петлю таким образом, однако на уровень шумов это не повлияло заметным на слух образом.

Подключаем, крутим ручку, радуемся результату. Настройки не требуется, разве что попробовать разные типы ОУ и напряжение питания. Теперь можно приниматься за корпус.

Корпус

Под руками оказалась такая вот коробочка:

Рис. 7. Корпус Gainta G0124.

Купить такой можно, например, тут. Материал — силумин, обрабатывается крайне легко и приятно. Через десять минут получаем результат:

Рис. 8. Рассверленный корпус

Собственно, на этом всё. Запихиваем разъемы в корпус, обрезаем и перепаиваем избыток проводов, лепим на нижнюю крышку (с внутренней стороны) что-нибудь непроводящее (чтобы не позамыкать на плате всякое), и получаем готовое устройство:

Рис. 9. Готовое устройство

Всего на изготовление от поиска схемы до включения готового устройства в розетку потребовалось около 3-4 часов. По деньгам (с чипом OPA2227PA) выходит около 500 рублей. Учитывая получившийся результат — вполне неплохо. Со своими задачами девайс справляется замечательно, profit цель достигнута.

В итоге, ссылка на хороший англоязычный ресурс:
tangentsoft.net/audio/cmoy-tutorial
там же есть тестирование различных ОУ:
tangentsoft.net/audio/opamps.html

UPD. Да-да, я знаю, что плата получилась плохо (несвежий раствор + забыл вытащить вовремя), контролируйте процесс и постарайтесь не перетравить, медь должна быть гладкой, блестящей и радовать глаз.

Источник