Ху це підсилювач для навушників. Схема унч для навушників, на основі малошумливих операційних підсилювачів Схеми найкращих підсилювачів для навушників

Якщо ви є щасливим власником лампового підсилювача , то, швидше за все, за бажання послухати улюблені композиції одноосібно, через навушники, ви стикаєтеся з незручністю, спричиненою відсутністю виходу на головні телефони.

Та й власникам дорогих чи не дуже смартфонів та планшетів теж доводиться несолодко — ці апарати найчастіше не в змозі розкачати якісні високоомні навушники. Тому улюблені композиції звучать зовсім не так, як на професійній апаратурі.

Звичайно, якщо ви справжній меломані музика для вас дорожча за гроші, то вас ні що не зупинить від покупки попереднього підсилювача за 6000 $, підсилювача для навушників за 5000 $ і самих навушників за 2000 $. І поринути в нірвану... Однак, якщо ситуація з грошима не така райдужна, або ви любите все робити своїми руками, то, виявляється, можна зібрати високоякісний підсилювач для навушників всього за... 30$.

А навіщо він вам?

А чи потрібний вам прецизійний підсилювач? Це залежить від ваших музичних уподобань та звичок. Якщо ви звикли слухати музику «на бігу», тобто з портативних пристроївна прогулянці, пробіжці, в тренажерному залі та інших подібних місцях, описаний нижче проект не для вас. Просто постарайтеся підібрати до свого апарату максимально відповідні за характеристиками та звучання навушники.

Так само слід вчинити, якщо ви любите музичні стилі, де є сильні спотворення сигналу, типу року, хеві-металу та подібні.

Тим не менш, якщо ви віддаєте перевагу слухати музику в тихій затишній обстановці у себе вдома або в офісі, і ваші смаки тяжіють до живої та натуральної музики типу класичної, джазової, або чистого вокалу, ось тоді ви зможете гідно оцінити якість звучання та точність зв'язки прецизійний підсилювач плюс високоякісні навушники.

Варіанти

Допустимо, ви вирішили, що підсилювач для навушників вам необхідний. Який наступний крок? В Інтернеті можна знайти безліч проектів з використанням всюдисущого LM386. Мікросхема стала популярною завдяки високій надійності, низькій вартості, можливості працювати з однополярним харчуванням та малою кількістю. зовнішніх елементів. Такі підсилювачі зазвичай добре справляються з недорогими навушниками, але всі ці переваги тьмяніють, якщо порівняти рівень шумів та спотворень LM386 і добре спроектованого підсилювача на дискретних елементах або спеціалізованих мікросхемах.

Якщо у вас знайдеться близько 30$ і не лякає робота з елементами для поверхневого монтажу (SMD-елементи), то представлений проект саме те, що потрібно.

Ідеї ​​та схема

При проектуванні цієї схеми бралися до розрахунку наступні моменты:

• Підсилювач повинен працювати з відносним високоомним виходом лампового підсилювача або підсилювача електрогітари. Іншими словами, вхідний опір має бути легкоперебудовуваним для джерел з різним вихідним імпедансом.
• мала кількість компонентів. Тому було обрано мікросхеми замість транзисторів.
• невеликі посилення та потужність. Потрібно розкачати чутливі динамічні навушники, а чи не акустичну систему.
• підсилювач повинен справлятися із високоомними навушниками. Автор використовує Sennheiser HD 600 (опір 300 Ом).
• отримати максимально низькі шуми та спотворення.

Принципова схема прецизійного підсилювача для навушниківпредставлена ​​на малюнку:

Збільшення на кліку

Під час розробки цієї конструкції розглядалися мікросхеми таких виробників як National Semiconductor, Texas Instruments та інші. Маса корисної інформаціїбула знайдена на ресурсах Headwize та форумах DiyAudio.

В результаті, вибір ліг на прецизійний драйвер для навушників від Texas Instruments TPA6120A2та операційні підсилювачі AD8610від Analog Devices для вхідного буфера.

Схема вийшла відносно простою, з двополярним харчуванням. Якщо ви впевнені у відсутності постійної складової на виході джерела сигналу, то розділові конденсатори (С24 і С30) можуть бути виключені з тракту за допомогою перемичок Н1 і Н2.

Блок живлення забезпечує виході напруги ±12В при навантаженні до 1А. Його схема представлена ​​малюнку:

Збільшення на кліку

Часто в аудіофільських конструкціях вартість блоку живлення у кілька разів перевищує вартість найпідсилювальнішої частини. Тут вийшло трохи краще - вартість елементів для блоку живлення становить приблизно 50 $ і найдорожчі елементи - трансформатор і електролітичні конденсатори. Можна трохи заощадити, якщо замінити тороїдальний трансформатор на звичайний Ш-подібний, відмовитися від світлодіодів та запобіжників на виході блоку.

Випробували версію з окремими стабілізаторами для кожного каналу TPA6120A2 (мікросхема має окремі висновки живлення для кожного каналу). Різницю ні почути, ні виміряти не вдалося, що дозволило суттєво спростити блок живлення.

Так як всі, що використовуються в підсилювачі мікросхеми, мають низьку чутливість до шумів і перешкод по ланцюгах живлення, а також високий рівень придушення синфазних перешкод, застосування в блоці живлення типових інтегральних стабілізаторів виявилося достатнім для отримання високих характеристик.

TPA6120A2

Мікросхема TPA6120A2 від Texas Instruments є високоякісним підсилювачем для навушників високої вірності. У ній використовується архітектура підсилювача з диференціальним входом, несиметричним виходом та зворотним зв'язком по струму. Саме завдяки більшій мірі останній виходять низькі спотворення та шум, широка смуга частот, висока швидкодія.

Мікросхема містить два незалежні канали з окремими висновками харчування. Кожен канал має характеристики:

• вихідна потужність 80 мВт на навантаженні 600 Ом при живленні ± 12В при рівні спотворень + шум 0,00014%
• динамічний діапазон понад 120 дБ
• рівень сигнал/шум 120 дБ
• діапазон напруги живлення: ±5В до ±15В
• швидкість наростання вихідної напруги 1300В/мкс
• захист від короткого замикання та перегріву

Для порівняння рівень спотворення + шум у «народної» мікросхеми LM386 становить 0,2%. Хоча, звісно, ​​високі параметри ще не гарантують якісного звучання. Для отримання максимального результату треба врахувати рекомендації виробника щодо вибору зовнішніх елементів та топології друкованої плати. Все це можна знайти в технічної документаціїна цю мікросхему.

AD8610

Мікросхема AD8610 від Analog Devices є операційним підсилювачем з польовими транзисторами на вході, що дає низьку напругу зміщення і дрейфу, низький рівень шумів, малі вхідні струми. За рівнем шуму та швидкості наростання вихідної напруги ці операційні підсилювачі відмінно гармонують з TPA6120A2.

Однак, не полінуйтеся і спробуйте замінити їх іншими ОУ. За розташуванням висновків AD8610 сумісні з іншими аудіофільських мікросхем. Тим більше, що багато меломанів стверджують, ніби чують різницю у звучанні ОУ!

Пасивні компоненти

Не всі резистори однакові! І якщо вам дозволяє бюджет, використовуйте в даній конструкції металопленочні резистори, які дещо дорожчі, але мають нижчі шуми і вищі стабільність. За бажання зекономити металопленочні резистори слід поставити хоча б у вхідних ланцюгах (у AD8610), де чутливість до шумів найвища.

Конденсатори на шляху сигналу С23 С24 С29 С30 краще поставити плівкові. Конденсатори ланцюгів живлення мікросхем виробник рекомендує керамічні.

Основна вимога до сигнальних роз'ємів – надійний контакт. У своїй конструкції автор використав звичайний «джек» для підключення навушників та позолочені RCA-роз'єми з тефлоновою ізоляцією для підключення сигнального кабелю.

на принципової схемипоказаний варіант підсилювача для роботи від попереднього лампового підсилювача, в якому здійснюється регулювання гучності. Якщо конструкцію передбачається зробити більш гнучкою та універсальною, то, звичайно, на вході бажано передбачити свій регулятор гучності. Для досягнення максимальної якостіі щоб не погіршити характеристики підсилювача, тут слід застосувати якісний потенціометр.

Бюджетною версією можуть бути вироби фірми Alpha або RadioShack вартістю близько $3. За 40$ можна придбати виріб аудіофільського класу від ALPS. Найкращим рішеннямбуде використання галетного атенюатора від DACT чи GoldPoint. Їхня вартість становить приблизно 170$. До речі, на eBay можна знайти подібні атенюатори китайського виробництва лише за 30$. Номінал потенціометра може бути не більше 25-50кОм. Використання крокового атенюатора, крім зручності регулювання гучності, додатково гарантує ідентичність регулювання в обох стереоканалів, що в підсилювачі для навушників особливо важливо.

Конструкція

Усі елементи конструкції (крім силового трансформатора) розміщуються на одній друкованій платі. Якщо ви вирішите використати зовнішній блок живлення або зібрати його за іншою схемою, близько 70% друкованої плати залишаться вільними.

Схема розташування елементів представлена ​​малюнку:

Збільшення на кліку

На малюнку представлено креслення друкованої плати з боку деталей:

Збільшення на кліку

На малюнку представлено креслення нижньої сторони друкованої плати:

Збільшення на кліку

Креслення друкованих плат у народному форматі SLayout можна забрати

Головна особливість монтажу: на корпусі з нижньої сторони TPA6120A2 є контактний майданчик приблизно 3х4мм. Вона повинна бути припаянадо майданчика на друкованій платі під мікросхемою, яка є тепловідведенням.

Фотографія готової конструкції:

При першому включенні слід вийняти два запобіжники на виході джерела живлення та переконатися у його працездатності. Якщо вихідна напруга в нормі, поверніть запобіжники на місце. Сам підсилювач налагодження не потребує.

Розмістити плату можна в корпусі відповідних розмірів, бажано металевому для екранування зовнішніх перешкод.

Висновок

Суб'єктивно підсилювач звучить на одному рівні із професійним студійним обладнанням. При порівнянні з LM386 ця конструкція показала більш рівне, чисте та детальне звучання.

Схема вийшла досить гнучкою і легко настроюється під різні потреби. Так, наприклад, сам автор зібрав два екземпляри підсилювача. Один за наведеною схемою для експлуатації разом із ламповим підсилювачем. Другий екземпляр був розрахований на роботу зі смартфоном та гітарним підсилювачем, тому був доповнений на вході фільтром високочастотних перешкод та регулятором гучності. Крім того, для підвищення посилення (смартфон видавав недостатній рівень сигналу) були змінені номінали резисторів R6 та R14 на 2кОм.

Змінюючи номінали цих резисторів, ви можете змінювати коефіцієнт посилення у межах.

Варіант друкованої плати підсилювача від наших «друзів-марсіан», розрахований на встановлення елементів у «стандартних» корпусах (використовуваних у конструкції мікросхем у DIP-корпусах немає):

Анімована демонстрація плати у всіх ракурсах

Високотехнологічний корпус із ізоленти. Спочатку плату робив під термозбіжну трубку - але буквально міліметра не вистачило, не влізло. Проте мені подобається.

Ціна запитання

Разом - це рівно 11.06 рубля для мене, і близько 61.06 рублів якщо все купувати:-)

Результати

Вирішити цю проблему можна або позбувшись звукового підключення (USB DAC) або живлення (акумулятор або інший блок живлення). Використання блоку живлення з USB виходом мене повністю влаштувало у зв'язку з тим, що вони скрізь є стандартні.

Кінцевий результат - вище за будь-які очікування. Жодних нарікань на якість, абсолютний 0 шуму, комфортний рівень гучності – від 22 до 40%, та запас для «витягування» тихих записів. Звук смачніше (головне пам'ятати, що баси тут від 0Гц) і таке інше, та й взагалі - аудіодевайси зроблені своїми руками завжди особливо добре звучать:-)

Від готових китайських девайсів (на зразок того ж FiiO E3) відрізняє більше низька ціна(sic!), складання з комплектуючими «з запасом», відсутність конденсаторів в аудіо тракті, велика потужність при роботі з високоомними навушниками (300 Ом) за рахунок більш високої напруги живлення та якість звуку в теорії обіцяє бути вищою (на практиці я б мабуть не почув різниці).

PS.Як я вище згадував - підсилювач потрібен не для того, щоб псувати собі слух надвисокою гучністю (не кажучи вже про порвані навушники), а для розгойдування «важких» навушників з низькою чутливістю, якщо вихід звукової картинадто дохлий. Ну і тихі записи/фільми витягувати без софту.

PS2.Відрив плюсів від «додано до вибраного» в 4 рази, рекорд:-)

Підсилювач без посилення, дивно звучить не так? Але про нього піде мова.

Почну з невеликої перед історії, купивши нові навушники, став помічати, що не вистачає гучності, але не так, що б сильно. Чисто в записах, на який низький рівень гучності, хочеш додати ще трохи, а вже межу. Та й суб'єктивно, здавалося, що звукова карта почала звучати з ними, як то «стисло», низькі частотизалишали бажати кращого. Думаю, з таким багато хто стикався.

Забігаючи наперед, можу сказати, що сам дійшов висновку, що підсилювач для навушників потрібен. І навіть не стільки, як підсилювач звуку, він більше потрібний для розкриття потенціалу навушників. Під час складання цього підсилювача зауважив, що навушники стали грати краще, ніж просто від входу звукової карти. Можливо, дається взнаки, що відбувається якась «узгодженість» щодо низького опору навушників, і виходу звукової карти.

Сам підсилювач для навушників буде побудований всього на одному ОУ (операційному підсилювачі), в даному випадку на OPA2134 від burr brown. Оскільки напруга джерела сигналу особливо посилювати зайве, то ОУ включається повторювачем напруги. Коефіцієнт посилення повторювача дорівнює одиниці, або, сказати інакше, ніякого посилення немає. Тоді навіщо потрібна така схема? Тут цілком доречно згадати, що є транзисторна схема - емітерний повторювач, основне призначення якого узгодження каскадів з різними вхідними опорами. Подібні каскади називають ще буферними. Тепер стає зрозумілою назва «Підсилювач без посилення».

Одним словом, в ході вибору схеми вирішив зробити саме буфер, і так знаю, в одиничному посиленні включати ОУ не дуже добре, але OPA2134 з цим справляється, так само як і NE5532, і TL072. Та й вихідний струм для «розгойдування» навушників достатній. Адже там особливо багато не треба? Ну 20мА, максимум 40мА, я не беру до уваги особливо чутливі навушники.

Нижче схема самого буфера:

На схемі видно сам ОУ і буквально невелику купу деталей його обв'язки. По входу стоїть змінний резистор на 50ком, далі за ним стоїть по плівковому конденсатору С4 і С5 по 1.5 мкф, можна поставити і більше скажемо 2.2 мкф, що навіть краще. Резистори R7, R8 та конденсатори С2, С1 потрібні, як свого роду фільтр, що служить захистом від проникнення радіочастот, та й шуму з комп'ютера, може і не значно, але нехай буде. Резистори R5, R6 захист входу ОУ, краще поставити, я їх поставив по 100 Ом, але можна аж до 1 КОМ. Резистори R4, R3 захист виходу ОУ можна ставити від 10-30 Ом, можна і більше, але навіщо? Резистори R1, R2, точніше їх опір не впливає на «поодинокість» посилення, особисто я поставив 30 кому, але можна і 47ком поставити працювати буде. Хоча ОУ і не найшвидший 20 В/мкс, проте харчування на платі обвішав повністю. По 100 нФ та 1000 мкФ, від ніжок мінуса та плюсу живлення на землю, а також максимально близько до ОУ, між плюсом та мінусом ще один конденсатор, на 100 нФ. Ось і всі деталі, буквально трохи – трохи.

У зібраному вигляді виглядає ця хустка буфера так:

Потрібно ще обов'язково підпаяти проводок від маси на корпус резистора, щоб не було шуму при торканні до нього, я це зробив так:

Залишилося зробити харчування, особливо з харчуванням порається не захотів, зробив його за стандартною схемою на LM7812/LM7912. Єдине, що підібрав стабілізатори, щоб у плечах було більш-менш схожа напруга. Власне схема:

Нічого особливого, тільки додав пару деталей, у вигляді варистора і перешкододавлюючого конденсатора, паралельно входу трансформатора. У випрямлячі, що застосував діоди SF26, можна було і HER107. Та розумію, начебто, а навіщо? Адже можна поставити щось простіше, але на них ціна, не сильно те й велика, та й потрібно їх не багато. А на звук начебто впливає, тож поставив. Ще застосував два запобіжники PTC 250 мА, що були. Вирішив для підстрахування поставити, можна не ставити.

Плата харчування виглядає так, вийшла досить мініатюрною:

В результаті цей буфер для навушників виглядає так:

Тепер власне результат виконаної роботи, фону немає в принципі, не чути, чому був дуже радий, після складання:) Звук став кращим, реально відчув це, не те що він, як то красиво забарвився, суто суб'єктивно в ньому додалося низьких і середніх. частот, та й стислість пройшла. Гучності мені зараз вистачає, як це парадоксально від підсилювача без посилення. Одним словом роботою буфера задоволений, за такої простої схеми його просто потрібно спробувати зібрати :) Тим більше працює відразу, і налаштувань не робити не потрібно. Раджу тим, хто хоче почути по-новому свої навушники, але не хоче поки що збирати, щось складне. Особисто зараз думаю зробити до нього корпус.

Список радіоелементів

Як кажуть – все геніальне просто. Даний підсилювач складається з мінімуму деталей, забезпечуючи сигнал проходження через мінімум елементів, і тим самим оберігаючи його від спотворень, які ці елементи можуть внести.

Підсилювач має потужність 500мВт. Розрахунковий рівень спотворень, при застосуванні мікросхеми типу OPA2134 - 0.001%. Опір навантаження 32-300 Ом.

На R1 та R2 зібраний регулятор гучності, точніше це один здвоєний резистор. По входу стоїть бутерброд з конденсаторів 4.7 і 0.47мкФ, що дозволяє досягти максимальної лінійності. На IC1.1 і IC1.2 зібрані підсилювачі, що інвертують, з коефіцієнтом посилення рівним 4. Далі Випливають повторювачі на транзисторах. ООС утворюють R6 та R5. R11 і R12 обмежують струм, що надходить з ОУ на бази повторювачів, від цього ОУ простіше живеться, і спотворень трохи менше. R7, R8, R9, R10 обмежують струм транзисторів повторювача та захищають їх від наскрізних струмів. Схема живиться від двополярної напруги і має вбудовані ланцюжки фільтрації на мікросхемах-стабілізаторах 7812 і 7912. На виході стоять конденсатори, що запобігають попаданню постійної напруги на вихід.

Як IC1 можна використовувати LM358 як найдоступніший варіант, але для якісного звуку раджу поставити аналог дорожче.

Друкована плата включає всі елементи, крім роз'ємів. Її розміри становлять лише 50х50мм. Такий розмір був обраний з метою надалі замовити плати у китайців, уклавшись у найдешевший лот розміром 5х5см. Взагалі спочатку цей проект планувалося використовувати як комерційну розробку, але я все-таки вирішив викласти його у відкритий доступ.

Першу плату виготовлено методом плоттерної аплікації:

Пала невелика, тому кріплення здійснюється за допомогою штатної гайки змінного резистора. У зборі пристрій виглядає так:

Список радіоелементів

У зв'язку з придбанням нової звукової карти без виходу на навушники, у мене виникла потреба в підсилювачі для навушників пристойної якості, здатного розкачати мої улюблені ТДС-4. Підсилювач повинен був бути компактним, простим у складанні та налагодженні, з низьким рівнемшумів та спотворень. В підсумку, зібраний підсилювачвідповідав усім зазначеним вище вимогам.

Характеристики підсилювача вимірювалися за допомогою програми RMAA 6. Було випробувано макет одного каналу (програма працювала в режимі МОНО), результати вимірювань:
Нерівномірність АЧХ (в діапазоні 40 Гц – 15 кГц), дБ: +0.05, -0.74
Рівень шуму, дБ(А): -90.9
Динамічний діапазон, дБ(А): 90.9
Гармонічні спотворення, %: 0.0014
Інтермодуляційні спотворення + шум, %: 0.010
Інтермодуляції на 10 кГц, %: 0.0084

Підсилювач побудований за схемою ОУ + вихідний транзисторний буфер. ОУ забезпечує високий коефіцієнт посилення розімкнутої петлі зворотнього зв'язку, необхідний для придушення нелінійних спотвореньза допомогою глибокої ООС. Вихідний буфер виконує посилення струму, узгоджуючи низький опір котушки навушника з малопотужним виходом ОУ. У схемі використовується здвоєний швидкодіючий ОУ К574УД2. Сигнал від джерела через розділовий конденсатор C3 та резистор R1 надходить на неінвертуючий вхід ОУ. Резистор R4 задає робочу точку підсилювача по постійному струму. Елементи C1, C2, R2, R3 забезпечують частотну корекцію ОУ. Вихідний буфер виконаний за «паралельною» схемою. Ця схема була обрана, тому що в ній відсутні перехідні спотворення, характерні для звичайних двотактних схем. При використанні транзисторів з близькими параметрами, падіння напруги на переходах база-емітер транзисторів до кінцевого та кінцевого каскадів взаємно компенсуються. Транзистори буфера, встановлені на загальний тепловідведення, взаємно термостабілізують один одного. ОУ та буферний каскад охоплені загальною 100% ООС по постійному та змінному струму, Коефіцієнт посилення схеми дорівнює 1.

Конденсатор C3 бажано використовувати плівковий. C1, C2, C6, C7 – керамічні. Усі резистори типу МЛТ-0,125 (або імпортні аналоги). Транзистори VT1 ​​КТ315Г, VT2 КТ361Г, VT3 КТ815Г, VT4 КТ814Г. Переважно буде використовувати як VT1 і VT2 транзистори КТ815Г і КТ814Г, з міркувань ідентичності параметрів і можливості легко організувати тепловий контакт всіх чотирьох транзисторів буфера. ОУ можна замінити на будь-який інший швидкодіючий з відповідною зміною набору елементів, що коригують, і розведення друкованої плати. Підсилювач живиться від двополярного нестабілізованого джерела живлення. У джерелі живлення використовується трансформатор 220/20 із відведенням від середньої точки. вторинної обмотки. Діодний міст будь-який на напругу 50В та струм до 1А. Можна використовувати діоди серій 1N4001-1N4007. Місткість конденсаторів C4, C5 не менше 1000 мкФ (я використовував 4700 мкФ)
Правильно зібраний підсилювач налагодження не вимагає. Необхідно перевірити споживаний струм (близько 30 мА для двоканального підсилювача) та постійну напругу на виході.

Деталі підсилювача та джерела живлення розміщуються на загальній платі розміром 35х78мм. Транзистори кожного каналу кріпляться через ізоляційні прокладки до загального П-подібного тепловідведення. Площа тепловідведення несуттєва, головне, щоб він забезпечував тепловий контакт транзисторів.

Друкована плата одношарова з перемичками, розведена в Sprint Layout 5. В авторському варіанті використовувався нефольгований текстоліт, деталі встановлювалися в отвори, виводи з'єднувалися мідним дротом.

Література:
Підсилювальний блок аматорського радіокомплексу. А. Агєєв, Радіо №8 1982р.
The Sapphire Desktop Headphone Amplifier - http://phonoclone.com/diy-sapp.html

Список радіоелементів