Качественный усилитель для наушников на микросхеме. Делаем высококачественный усилитель для наушников

Когда я подключил к нему ПК и гитару, а потом включил... Я чуть не заплакал. Ну какая сволочь!! такие схемы выкладывает в сеть. Даже самый дешевый китайский радиоприемник будет звучать лучше чем эта пакость. Но ничего, я так просто не сдамся. Коль знаний по усилителям нет, значит пусть думают другие))) TDA2050 . Вариант номер два.

Минут 30 я не слышал ничего, только гул в ушах. Эта падла оказалась настоящим усилителем и когда я отошел от шока и снял наушники, то полез искать в закромах старые советские колонки. О да, динамик 25ГДН с этим усилком запел как соловей. Короче я случайно собрал простой усилитель для колонок. Ну не понимаю я в аудио схемах. Но я все равно не сдаюсь. Гугл и снова день в поисках. На этот раз я уже искал схему усилителя для наушников. Нашел на специализированной микросхеме TDA7050 но ее днем с огнем не сыщешь. Есть правда в Чип-дип но за двести рублев и переться хрен знает куда. Не... так не пойдет. Не хочу я покупать у Китайцев за пять тыр готовый, это не спортивно. Снова Гугл. О, ламповый))) Не, ну это не серьезно, мне еще и ламп для полного счастья не хватало. И тут я вспомнил, что когда-то для экспериментов накупил кучу транзилей КТ3102 и если я не ошибаюсь их разработали для замены КТ315 в усилительных каскадах советских телевизоров и подобной технике. Конечно я могу и ошибаться. Опять Гугл. Нашел. три схемы. Неее, фоток не будет. Я больше на эти грабли не наступлю. Беспаечная макетка и кучка выводных резисторов с кондерами. Первая схема в помойку, а вот вторая ничего. Так покрутил, сяк покрутил. Вроде работает, но все равно что-то шипит, свистит и щелкает. Пошатал детали. Треск и шипение сменили частоту. Ладно думаю, рискну и разведу плату. И не прогадал. Усилок заработал как надо. Ура! Победа! Это мой первый самодельный усилитель звука! Сразу скажу что схема была моно, поэтому я развел два тракта для стерео, но каждый канал отдельно. У каждого канала есть свой регулятор громкости что дает возможность регулировать громкость левого и правого канала отдельно. Это задумано для использования каждого канала по отдельности. Один на гитару, а второй на ПК. Ну это для меня, а так можно просто слушать музыку. Да, вот еще. Есть один нюанс, два транзистора на выходе VT3 и VT6 очень сильно греются. Их нужно либо чем-то обдувать, либо заменить на более мощные. Хотя я пока пишу эту статью и слушаю музыку, они вроде не жалуются. Но все таки я добавлю вентилятор, наверное) И так, хорошь слов, схему в студию.

А это вот как выглядит в 3D. (Я тут обнаружил что моя программка для обработка видео может запись преобразовать в GIF анимацию. Вот я и балуюсь)

Алексей 15.12.15 18:28

Ну я не спец по усилителям и даже вообще в них не понимаю, так что как-то так получилось. По крайне мере хотя бы работает)))

Усилители для наушников - это довольно простая схема, которую многие пытаются неоправданно усложнить, используя многокаскадную (или даже ) схемотехнику. На самом деле достаточно двух малошумящих и недорогих микросхем OPA128JM: типичный операционный усилитель. Но не просто какой-нибудь первый попавшийся ОУ, а серьезный ОУ хорошего класса. Именно её мы рекомендуем поставить в самодельный усилитель к наушникам. Далее вы увидите вариант его исполнения.

Схема УНЧ

Здесь оба усилителя включены в стандартный неинвертирующей конфигурации УНЧ с фиксированным коэффициентом усиления около 10, и с регулятором громкости. Некоторые специалисты говорят, что тип конденсаторов который вы используете, имеет большое влияние на качество звука. Тут применена полипропиленовая пленка и это лучше, чем дешевые керамические.

Другая вещь, влияющая на качество работы - питание. Эти усилители первоначально работали через изолированный DC-DC преобразователь (с трансформаторной развязкой). Использование импульсных источников питания в аудио схемах может заставить некоторых аудиофилов упасть в обморок, но при грамотном выборе и проектировки БП - это достаточно хорошо для звука.

После сборки и прослушивания решено было обернуть его в алюминиевую фольгу для экранирования. В процессе экспериментов с экранированием обнаружили, что если он не заземлен - это почти бессмысленно. Он будет действовать только как клетка Фарадея, если он полностью окружает схему, что трудно, если есть куча кабелей, идущих "в" и "из" конструкции.

Оказалось, что самый удобный источник питания - USB-кабель, который только обеспечивает 5 В. Этот метод подходит для большинства устройств: компьютеров, ноутбуков и так далее.

А вот небольшой импульсный модуль питания, который питается от 5В и имеет двойной выход, +/-15В. С таким двухполярным питанием усилитель звучит заметно лучше, чем с однополярным! Уровень шума упал. Каналы почти в точности равны по уровню сигнала.

Неудовлетворённость качеством воспроизведения музыкальных композиций звуковой картой компьютера заставило взяться за изготовление настольного усилителя. Решил, что это будет простой самодельный усилитель для наушников, собранный по классической схеме на одном .

Однако есть замечание. Этот усилитель подходящим будет только в том случае, когда входной сигнал не требует усиления по напряжению (например, выход достаточной силы дают МП3 плеер или компьютер). Также, любой шум, возникающий в блоке питания, будет идти прямо через усилитель. По этой причине, необходимо использовать только стабилизированный источник питания. Диапазон выходного напряжения 10-20 В и ток 750 мА. Здесь используется N-канальный МОП - транзистор с обратным диодом для работы в ключевом и линейном режиме IRF610. В процессе изготовления усилителя было опробовано применение и других транзисторов: IRF510, IRF611, IRF612 и IRF710, все без исключения работали хорошо. Рекомендую не использовать IRF530 и IRF540 (обычно встречаются в источниках питания). Используемый LM317 - стабилизатор с регулируемым выходным напряжением позволяет очень точно настроить выходные параметры блока питания.

Так как этот усилитель будет находиться на рабочем столе в производственном офисе, он должен обязательно вписываться в рабочую обстановку. Повезло, что имелся вышедший из строя внешний CD-ROM, его дизайн подходил идеально. К тому же в его корпусе уже имелся выключатель, адаптер питания, розетка RCA и входы на задней панели, а также разъем для наушников на передней панели.

При изготовлении усилителя были использованы только те электронные компоненты и комплектующие, которые имелись в наличии. Обычные резисторы и плёночные конденсаторы. Конденсаторы ёмкостью 1 мкФ, 0.47 мкФ и 0,1 мкФ полипропиленовые. Но никто не мешает использовать и более качественные детали.

Радиаторы охлаждения имеют сравнительно небольшой объём охлаждающей площади, но обращаю внимание на то, что они прикручены напрямую к металлическому корпусу, который также принимает участие в рассевании тепла. Объём меньшего по размеру радиатора примерно 1,75 квадратного дюйма. Обязательно изолировать MOSFET и регулятор от радиаторов.

Работа усилителя была опробована при помощи регулируемого блока питания, он включался на низком напряжении. Смещение задается при помощи переменного резистора сопротивлением 100 кОм. Усилитель показал хорошую работу во всём интервале напряжения от 10 до 20 В, но всё же именно качественное воспроизведение звука начиналось при напряжении питания более 13 вольт.

Далее работа усилителя была проверены при помощи USB осциллографа. Это DSO-2150 с 60 МГц пропускной способностью и максимальной частотой дискретизации 150 мк/с. Увиденная синусоида показала себе с лучшей стороны от 20 Гц до 20 кГц.

Меандр 100 Гц

Прямоугольный 4800 Гц

Зелёного цвета входной сигнал, а желтый выходной. Мощность сигнала моего генератора не велика и это отражается на качестве исходных волн. Если сравнивать входное напряжение и выходное напряжение вы увидите, что коэффициент усиления цепи составляет около 0,8. Видно, что при 100 Гц присутствует легкий наклон. Наклон постепенно уменьшается, а частота увеличивается и за его пределами около 300 Гц квадрат волнового отклика отличный до 20 кГц - предела сигнала генератора. Поскольку музыка состоит в основном из синусоид это не проблема. Так как для регулировки громкости будут использоваться МП-3 плеер или компьютер, нет необходимости в потенциометре. Ещё один УНЧ, но уже с применением ламп, можно .

Конструктор усилителя для наушников.

Надеялся, что магазин пришлет этот конструктор на обзор. Не дождался. Купил за свои. Но это и к лучшему - нормально не спеша собрал аппарат. Результат - в этом обзоре.

Продают этот конструктор и на али. Но там он стоит 17$ - . На ebay цена такая же как и на banggood. Ищется по словам «DIY HIFI Fever Amp Headphone Amplifier Kit». В собранном виде не видел.

Характеристики:
Напряжение питания: переменное 15V
Максимальная мощность: 300mW
сопротивление наушников: 32 - 600 ohm
15Hz-100KHz
SNR: >100dB
Искажения: <0.02%
Разделение каналов: >70dB

Пришло в стандартном черном мягком пакетике. Комплектация:


Инструкция на китайском:

Двусторонняя печатная плата - изготовлена качественно, дорожки разведены нормально:

Размер платы - 86 мм х 125 мм. На плате надпись XY HiFi ver 1.1
Отверстий для установки в корпус нет. Предполагается устанавливать в корпус с боковыми «рельсами» под плату. Но их можно просверлить но углам платы - дорожки не повредятся. В этом случае уста вливать плату в корпус лучше на капроновые ножки. Номиналы деталей на плате не подписаны. Подписаны на инструкции. Принципиальной схемы аппарата нет. На странице товара есть ссылка на схему, нарисованную покупателем Vlad-1357 . Если он читает эту страницу - большое ему спасибо.

Я перерисовал ее на компьютере:

Детали:

В блоке питания - 4007 диоды. В оконечном транзистором каскаде - 4148 диоды.
Схема защиты наушников от постоянного напряжения на выходе и задержка включения на микросхеме uPC1237.
Сразу до сборки заменил все конденсаторы на нормальные - WIMA и Nichicon:

Спаял:

Замечания по сборке:
1. Про замену всех конденсаторов писал выше. Как на стоке звучит не знаю.
2. Очень рекомендую заменить операционный усилитель NE5532 на OPA2134PA. Стоимость такого апгрейда около 200 р. Усилитель начинает играть чище и приятнее.
3. По питанию - пробовал запитать схему от двух раздельных обмоток трансформатора на 15 В через диодные мосты - на слух измерений никаких в звуке не заметил. Вернул оригинальную схему питания.
4. Светодиод индикации питания синего цвета. Светит не особо ярко. при желании можно поменять.
5. Переменный резистор регулятора громкости на 50 кОм сначала показался нормальным - не трещал. На нулевой громкости не слышно сигнала. Но потом получше прислушался. Баланс каналов нарушен - правый канал играет громче левого..html).
6. Трансформатор для питания использовал залитый трансформатор BVEI 304 2043 (2.6VA 230V 15V/174mA).
Покупал оффлайн в магазине «Электроника». На пределе усиления (синус на вход с генератора) такой трансформатор греется градусов до 30-40. Понятно, что так скорее всего усилитель никто использовать не будет. В штатном режиме чуть теплый.
7. Транзисторы BD139/BD140 подбирал парами с одинаковым статическим коэффициентом передачи тока h21э с помощью «народного тестера транзисторов».
8. Транзисторы и стабилизаторы питания почти не греются. На радиаторы можно не устанавливать.
9. Гнездо под наушники 3,5 мм заменил шестимиллиметровым гнездом. Отвод под выход с джека сделал для использования усилка в качестве предусилителя, если наушники отключены.
10. Тумблер отключения питания выкинул - запаял перемычкой.

В качестве нагрузки - два резистора на 51 Ом (у меня наушники Sennheiser HD595 50 Ом). Тестируем генератором сигналов:






Максимальное усиление - дальше если увеличивать амплитуду сигнала получаем клипинг:




Впаял временно после диодов выпрямителя в разрыв питания по резистору в 0.22 Ома для измерения тока покоя и макс потребление. Отключил сигнал на входе.
Ток покоя:


По закону Ома по падению напряжения на резисторе считаем 0.005 В / 0.22 Ом =0.022 А
Макс. потребление. Подаем сигнал с генератора до входа усилителя в клипинг и получаем:


Ток плавно увеличивается с увеличением амплитуды входного сигнала. Значит усилитель работает в классе В.

По закону Ома по падению напряжения на резисторе считаем 0.018 В / 0.22 Ом =0.082 А
Итого усилитель максимально потребляет 2*0.082 А* 15 В =2.45 Ватт. Еще сколько то (немного) потребляет защита.

Подключил наушники. Звук понравился. Фона почти не слышно. После размещения в корпус, экранирования входных-выходных цепей, разводки земли и подкл. к корпусу фон пропал. Так же пропало возбуждение усилителя от сотового телефона.
Звук качественный, прозрачный, детальный. Высокие, низкие и средние хорошо слышно. Окраса звука какого-то тоже не слышно. Начинает усилитель играть хорошо сразу. «Прогрев» не нужен. Во время работы усилитель холодный. Для наушников в 100-150$ будет идеальным аппаратом. Более дорогих наушников в наличие не имеется.

Разместил конструкцию в корпусе от старого CDROM. Стандартное решение:-)

Итог:

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