Высококачественный усилитель для наушников на полевых. Гитарный усилитель для наушников
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
Люблю слушать музыку. Без достаточного уровня громкости — это невозможно (динамический диапазон — сами понимаете). Очень приятно слушать через мощный усилитель и большие динамики – но соседей беспокоить не хочется. Подключил наушники к выходу звуковой карты, Creative X-Fi в моем случае, звук с нее мне очень нравится, но громкости мне оказалось недостаточно. Решение вопроса всем понятно – купить усилитель для наушников или сделать его самому. Сделать самому мне захотелось больше. За принципиальными схемами, конечно, в Интернет. Схемы и описания различных усилительных устройств, которые я там нашел, приводить не буду, можете все найти сами. Делюсь с вами только тем, что я реально сделал и что нормально работает.
Диапазона усиливаемых частот, при использовании современных, и не очень, микросхем и транзисторов, как правило, совершенно достаточно для усиления звука очень качественно. Сразу же меня очень подкупил своей простотой усилитель на транзисторах. Схема, поначалу, показалась корявенькой, но решил сделать это устройство. На принципиальной схеме показан один канал усилителя, плата разведена под стерео усилитель.
Изготовил его с применением транзисторов, которые у меня были в наличии и в большом количестве. Заработало сразу. Результат меня удивил: звучало и усиливало нормально. Поскольку на наушники поступает постоянное напряжение (около 2 в.) есть проблема фона по питанию. Идеальный вариант питания – батарейки или стабилизированный источник питания 5в. После того, как удалось избавиться от фона, изменяя емкость фильтра питания 470мкф (в случае питания от зарядки телефона Нокия, конденсатор выпаял совсем), звук мне показался достаточно громким и качественным. Транзисторы на выходе, как вы заметили, соединены по схеме Дарлингтона, и 2T603, которые я поставил, прилично греются в таком режиме, но держат без радиаторов. Сделал таких усилителей три штуки, меняя компоновку деталей, убирая перемычки и добавляя разъемы. Компоновку последней версии привожу здесь. Кому не понравится – редактируйте в программе Sprint-Layout 6.0. При подключении к этому усилителю других наушников звук мне в них не понравился и тогда решил изготовить другой усилитель.
В одной из статей Интернета прочитал хороший отзыв о старенькой микросхеме KA2206, на ней и решил сделать усилитель для новых ушей.
На фото готового усилителя виден вариант с добавочным усилителем для динамического микрофона, от схемы усилителя, к микрофонному, идет только питание. О микрофонном -ничего писать не буду – не та тема.
На Ali Express купил 10 шт. микросхем за 100р. Схема из даташита микросхемы. Питание, в моем варианте, 8в. стабилизированных (стабилизатор в блоке питания LM7808 без радиатора, греется градусов до 60). Усилитель нормально работает, начиная, от 5в по питанию (правда, при питании 5в, похрипывают самые низы на максимальной громкости). Никакого дополнительного охлаждения микросхеме не требуется. При напряжении питания выше 10в микросхема ощутимо греется. Возможно, понадобится коррекция усиления по каналам (баланс), я изменял сопротивления на входе в одном из каналов 1К и 20К, сумма сопротивлений должна оставаться постоянной – 21-20К. Резисторы, которые обозначены на плате 0,2 – 0,9К (на плате установлены вертикально), использовал 750 ом., ими регулируется коэффициент усиления. Можно вместо них впаять перемычки, но тогда уровень усиления и, главное, фона очень высок (может это субъективно). Конденсаторы 0,15мкф. заменил 0,1мкф. Керамика. Звук этого усилителя меня устроил, с новыми наушниками и со старыми.
В планах собрать усилитель с электронной регулировкой громкости. Эти устройства изготавливал по отдельности: регулятор и усилитель собирались по схемам даташитов – работают нормально, а теперь вот объединил и развел платку.
Если в нагрузке наушники, и с указанным питанием, уверен, радиатор усилителю мощности не потребуется, но, на всякий случай, он здесь нарисован (алюминиевая пластина толщиной 1,5мм). Не буду приводить схему принципиальную – все понятно и на рисунке платы. Коэффициент усиления регулируется резисторами 0,2-1,0К: чем больше сопротивление, тем меньше коэффициент усиления. Можно ставить перемычки вместо этих резисторов – если потребуется максимальное усиление. Применяемые микросхемы не дефицит и по цене очень недороги. Кнопки без фиксации, интегрированные на плате, те которые были у меня в наличии.
Для тех, которые есть у вас, подкорректируйте плату или выведите проводами. Резистор R\X подбирается под ваш указатель (если он есть), можно использовать стрелочный индикатор записи от старых магнитофонов. При максимальной громкости сопротивление подбирается так, чтобы индикатор показывал максимум. Индикатор подключается к точкам Ук. Входной сигнал к точкам IN R и IN L. Выход к точкам OUT R и OUT L. Резисторы номиналом 4,7 Om могут быть мощностью 0,25 вт., больше не нужно. Если установить радиатор этот усилитель вполне можно использовать с колонками. При питании 12в. переменки этот усилитель выдаст 2 х 6 вт. мощности, конечно мощность трансформатора питания должна быть около 30 вт. Может, кто-нибудь сделает этот усилитель быстрее меня и поделится впечатлениями.
Мощные колонки это конечно хорошо, вот только не всегда есть возможность слушать музыку на такой громкости, часто приходится сидеть дома в наушниках, чтоб не беспокоить домашних. Но и тут можно получить прекрасный качественный звук, если собрать специальный УНЧ. Представляем усилитель для наушников самодельного производства на ОУ и полевых транзисторах. Усилитель выполнен в стерео варианте, то есть два канала и две платы.
Схема УНЧ для наушников на транзисторах и операционном усилителе
Схема минимально изменена относительно нарисованной — добавили конденсатор танталовый прямо у источника питания транзистора, а транзисторы установлены BD135 / 136. Микросхема стояла LF357, но позже выяснилось, что NE5534 играют намного лучше. Транзисторы, несмотря на большой радиатор, очень сильно нагреваются при работе (всё-таки А класс).
Блок питания находится на отдельной печатной плате. Фильтрация составляет 2200 мкФ на плечо, трансформатор: TS15 / 41 с мощностью 15 Вт 0,5 А на канал. После фильтрации имеем источник питания +/- 15 В. При громкой басовой музыке, есть падение напряжения примерно до 13 В. Конечно если будете повторять — лучше взять более мощный. Потенциометр естественно ALPS.
На передней панели установлен выключатель сети, входной разъем и выходной, три светодиода индикаторных: два показывают напряжения сигнала симметричное (во время запуска оказалось, что исчезновение одного из напряжений вызывает немедленное сгорание транзисторов), третий загорается, когда поступает сигнал активации задержки запуска наушников (на реле).
Достоинства и недостатки УНЧ для наушников
Преимущества усилителя:
- Очень большая мощность
- Практически никакого шума
- Однозначно приятная игра
Недостатки усилителя:
- Довольно сильно нагревают транзисторы
- Не слишком много баса — нужна тонкомпенсация
Усилитель получился реально очень громкий, он не создает практически никакого шума, нет искажений, нет сетевого фона. Другой аналогичный вариант схемотехнического решения можете .
Вдоволь насытившись работой лампового усилителя, я решил продлить и расширить тему высококачественного звуковоспроизведения и собрал по аналогичной схеме усилитель на полевых транзисторах с целью сравнить характеристики обоих. Считается, что звук усилителя на полевиках не отличается от лампового звучания. Схемы получились не только одинаковыми по количеству усилительных каскадов, но и с одинаковыми характеристиками. Высокая динамика, отсутствие шумов, линейная частотная характеристика, отсутствие нелинейных искажений, чего ещё надо желать. Только я вот уже целый день перетыкаю телефонный штекер из одного телефонного гнезда в другое, в попытке определить победителя конкурса.
Качество работы усилителей удобно определить с помощью наушников. Высококачественные наушники обойдутся дешевле высококачественной акустической системы, для которой необходима ещё и специальная комната соответствующих размеров с поглощающим звук материалом, например устланная и облепленная коврами. В качестве первичного источника звука я использовал самодельный тюнер с диапазоном 88 – 108 МГц, имеющий непосредственный выход с частотного детектора. Можно использовать обычный радиоприёмник с диапазоном FM , а входной сигнал снять с регулятора громкости.
Схема этого усилителя действительно не отличается от лампового экземпляра, по крайней мере, они обладают одинаковыми характеристиками, даже имеют одинаковую фазу выходного сигнала (фото 1). Первый полевой транзистор является усилителем звукового сигнала. Два других транзистора, составная пара, истоковый повторитель, имеющий высокое входное и низкое выходное сопротивление, что позволяет не только использовать сравнительно низкоомные наушники с сопротивлением 15 Ом, но даже динамическую головку. Все транзисторы работают в линейном режиме, но основной ток протекает через последний транзистор. Кстати он ключевой, снятый с материнской платы, рассчитан на большие токи, имеет очень маленькие переходные сопротивления, а поэтому не нуждается в радиаторе, хотя в работе нагревается до 50 градусов, но это нормальный для него режим. Такая простая схема не нуждается в кропотливой регулировке, имеет высокую стабильность параметров и хорошую повторяемость. Цепочка R C – отрицательная обратная связь, уменьшает уровень сигнала на 4 дБ, а вместе с ним и уровень нелинейных искажений.
Пожалуй, я выскажу своё мнение. Два бокала с вином, имеющие одинаковый вкус, не всегда имеют одинаковое послевкусие. А впрочем, у каждого человека свой вкус, а значит, будет и разное послевкусие.
Конструкция и детали.
Этот усилитель для наушников отличается довольно нейтральным (в хорошем смысле) и качественным звуком. В авторском варианте изначально был снабжен схемами подъёма НЧ и расширения стереобазы. При качественном источнике и наушниках в первой схеме нет необходимости, а вторая примочка на любителя, поэтому при повторении конструкции обе были исключены.
В результате получилась более простая и надёжная схема.
Принципиальная схема усилителя представлена на рисунке:
увеличение по клику
Основа схемы – повторитель на транзисторе Т1, нагруженный на источник тока VR1. Ток покоя задаёт резистор R12 (120-150мА). Ноль на выходе и смещение для транзистора обеспечивает интегратор, выполненный на микросхеме К544УД1А.
Так как повторитель имеет коэффициент усиления меньше единицы, чего бывает недостаточно при воспроизведении тихих записей, в схему добавлен каскад на OP1 с небольшим усилением (возможно применение любого сдвоенного ОУ, желательно с полевыми транзисторами на входе). Тип применённого ОУ будет сказываться на характере звучания усилителя!
В схеме на пути сигнала присутствует только один разделительный конденсатор С1 небольшой ёмкости, что позволяет применить качественный неэлектролитический конденсатор.
Настройка схемы заключается в установке нуля на выходе с помощью подстроечного резистора R14.
Для питания устройства можно использовать стабилизированный блок питания на LM317/LM337.
Транзистор Т1 и микросхему источника тока VR1 необходимо снабдить небольшими радиаторами.
Микросхему интегратора К544УД1А рекомендуется заменить на что-то импортное. Даже с дешёвой LM358 схема отлично держит ноль на выходе, а необходимость в какой-либо регулировке отпадает.
Повторюсь, что схема обеспечивает качественное звучание и надёжную работу.
Удачного творчества!