В связи с приобретением новой звуковой карты без выхода на наушники, у меня возникла потребность в усилителе для наушников приличного качества, способном раскачать мои любимые ТДС-4. Усилитель должен был быть компактным, простым в сборке и налаживании, с низким уровнем шумов и искажений. В итоге, собранный усилитель соответствовал всем указанным выше требованиям.

Характеристики усилителя измерялись с помощью программы RMAA 6. Был испытан макет одного канала (программа работала в режиме МОНО), результаты измерений:
Неравномерность АЧХ (в диапазоне 40 Гц - 15 кГц), дБ: +0.05, -0.74
Уровень шума, дБ (А): -90.9
Динамический диапазон, дБ (А): 90.9
Гармонические искажения, %: 0.0014
Интермодуляционные искажения + шум, %: 0.010
Интермодуляции на 10 кГц, %: 0.0084

Усилитель построен по схеме ОУ + выходной транзисторный буфер. ОУ обеспечивает высокий коэффициент усиления разомкнутой петли обратной связи, необходимый для подавления нелинейных искажений с помощью глубокой ООС. Выходной буфер выполняет усиление по току, согласуя низкое сопротивление катушки наушника с маломощным выходом ОУ. В схеме используется сдвоенный быстродействующий ОУ К574УД2. Сигнал от источника через разделительный конденсатор C3 и резистор R1 поступает на неинвертирующий вход ОУ. Резистор R4 задает рабочую точку усилителя по постоянному току. Элементы C1,C2,R2,R3 обеспечивают частотную коррекцию ОУ. Выходной буфер выполнен по «параллельной» схеме. Данная схема была выбрана, потому что в ней отсутствуют переходные искажения, характерные для обычных двухтактных схем. При использовании транзисторов с близкими параметрами, падения напряжения на переходах база-эмиттер транзисторов пред оконечного и оконечного каскадов взаимно компенсируются. Транзисторы буфера, будучи установлены на общий теплоотвод, взаимно термостабилизируют друг друга. ОУ и буферный каскад охвачены общей 100% ООС по постоянному и переменному току, коэффициент усиления схемы равен 1.

Конденсатор C3 желательно использовать пленочный. C1,C2,C6,C7 – керамические. Все резисторы типа МЛТ-0,125 (или импортные аналоги). Транзисторы VT1 КТ315Г, VT2 КТ361Г, VT3 КТ815Г, VT4 КТ814Г. Предпочтительнее будет использовать в качестве VT1 и VT2 транзисторы КТ815Г и КТ814Г, из соображений идентичности параметров и возможности легко организовать тепловой контакт всех четырех транзисторов буфера. ОУ возможно заменить на любой другой быстродействующий с соответствующим изменением набора корректирующих элементов и разводки печатной платы. Усилитель питается от двухполярного нестабилизированного источника питания. В источнике питания используется трансформатор 220/20 с отводом от средней точки вторичной обмотки. Диодный мост любой на напряжение 50В и ток до 1А. Возможно использовать диоды серий 1N4001-1N4007. Емкость конденсаторов C4,C5 не менее 1000 мкФ (я использовал 4700 мкФ)
Правильно собранный усилитель налаживания не требует. Необходимо проверить потребляемый ток (порядка 30 мА для двухканального усилителя) и постоянное напряжение на выходе.

Детали усилителя и источника питания размещаются на общей плате размером 35х78мм. Транзисторы каждого канала крепятся через изоляционные прокладки к общему П-образному теплоотводу. Площадь теплоотвода несущественна, главное чтобы он обеспечивал тепловой контакт транзисторов.

Печатная плата однослойная с перемычками, разведена в Sprint Layout 5. В авторском варианте использовался нефольгированный текстолит, детали устанавливались в отверстия, выводы соединялись медной проволокой.

Литература:
Усилительный блок любительского радиокомплекса. А. Агеев, Радио №8 1982г.
The Sapphire Desktop Headphone Amplifier - http://phonoclone.com/diy-sapp.html

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
DA1	Микросхема	К574УД2	1			В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	КТ315Г	1			В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	КТ361Г	1			В блокнот
VT3	Биполярный транзистор	КТ815Г	1			В блокнот
VT4	Биполярный транзистор	КТ814Г	1			В блокнот
VDS1	Диодный мост	КЦ405В	1			В блокнот
С1	Конденсатор	50 пФ	1			В блокнот
С2	Конденсатор	5 пФ	1			В блокнот
С3	Конденсатор	1 мкФ	1	Желательно пленочный		В блокнот
С4, С5	Электролитический конденсатор	1000 мкФ	2			В блокнот
С6, С7	Конденсатор	0.1 мкФ	2			В блокнот
R1, R3	Резистор	5.6 кОм	2			В блокнот
R2	Резистор	1 кОм	1			В блокнот
R4	Резистор	33 кОм	1			В блокнот
R5	Резистор	100 Ом	1			В блокнот
R6, R7	Резистор

— новое семейство операционных усилителей (ОУ) отличается лучшим в отрасли соотношением быстродействия и потребляемого тока. Семейство rail-to-rail по входу и выходу ОУ LTC6261/LTC6262/ LTC6263 (одиночный, сдвоенный и счетверенный) обеспечивает усиление сигналов в полосе 30 МГц при токе потребления всего 240 мкА и максимальном напряжении смещения 400 мкВ. В сочетании с диапазоном напряжений питания от 1.8 В до 5.25В,эти ОУ позволяют создавать приложения с бескомпромиссными характеристиками при низком напряжении питания и минимальном потреблении мощности.

Мостовой усилитель с дифференциальным выходом

Высококачественный усилитель для наушников имеет низкий ток потребления при широкой полосе пропускания и хорошие шумовые характеристики обеспечивают отличное качество при рассеиваемой мощности, составляющей лишь часть от того, что требуется для обычного портативного аудио оборудования. Уникальные возможности LTC6261 позволяют пересмотреть подход к конструированию усилителей для наушников.

Сопротивления динамиков наушников лежат в диапазоне от 32 Ом до 300 Ом, а их чувствительность находится в пределах от80 flOWOflBSPLHai мВт и выше. Это означает, например, что для достижения звукового давления 110 дБ SPL в динамике с чувствительностью 90 дБ SPL на 1 мВт к нему потребуется подвести мощность 100 мВт. При сопротивлении 32 Ом необходимые среднеквадратичные значения тока и напряжения равны 56 мА и 1.8 В, а при 120 Ом — 29 мА и 3.5 В.

При напряжении питания 3.3 В и использовании выхода одного усилителя LTC6261 обеспечить ток, необходимый для получения мощности 100 мВт, невозможно. Однако комбинации двух работающих в противофазе усилителей достаточно для того, предать в нагрузку мощность более 100 мВт (Рисунок 1). Добавив еще одну такую же мостовую схему, можно обеспечить необходимой мощностью оба канала -левый и правый.

LTC6263 содержит четыре усилителя в одном небольшом корпусе. На Рисунках 2 и 3 показаны характеристики мостового драйвера, построенного на сдвоенном усилителе LTC6262. Ток, потребляемый двумя усилителями при входном напряжении 1 В пик-пик, но без нагрузки, равен 500 мкА.

Схема состоит из инвертирующего каскада, коэффициент усиления которого при замкнутой петле обратной связи равен 1.5, и следующего за ним инвертирующего каскада с единичным усилением. Объединение инвертирующих каскадов образует усилитель в несимметричным входом и дифференциальным выходом, коэффициент усиления которого равен трем.

При входном сигнале 500 мВ пик-пик размах выходного напряжения равен 1.5 В, амплитудное значение 0.75 В, а среднеквадратичное -0.53 В. При этом мощность, выделяемая на нагрузке 50 Ом, равна приблизительно 5.6 мВт. При входном напряжении 1 В пик-пик эта мощность увеличивается до 22.5 мВт. Заметим, что в решении этой задачи нам помогает тот факт, что выходное напряжение LTC6261 даже под нагрузкой близко к rаН-to-rail.

При первом включении лабораторного макета этой схемы обнаружилось, что высококачественный усилитель для наушников имеет заметное возбуждение на частоте несколько сотен герц. Оказалось, что не инвертирующий вход не был хорошо заземлен по переменному току во всем диапазоне рабочих частот из-за плохой привязки его напряжения. Необходимость такой привязки возникает тогда, когда схема питается от одно полярного источника напряжения. При одно полярном питании VM не является землей, и для правильной работы инвертирующих схем создают напряжение средней точки.

Чтобы минимизировать дополнительное потребление тока, резистивный делитель, формирующий напряжение Vм, должен иметь большое сопротивление (например, два последовательных резистора по 470 кОм). Гарантировать хорошее заземление на низких частотах мог бы конденсатор большой емкости. И действительно, добавление конденсатора емкостью 1 мкФ. Формирующего полюс совместно с параллельным резистором 470 кОм, полностью устраняет непонятные искажения тона.

Несмотря на низкий ток потребления, при нагрузке на наушники эта схема обеспечивает очень небольшие искажения. Начиная с определенной амплитуды сигнала, искажения начинают быстро увеличиваться из-за ограничения выходного напряжения. Чем больше нагрузка, тем быстрее наступает ограничение из-за того, что с увеличением тока падает коэффициент усиления выходных транзисторов.

Одной существенной проблемой таких портативных устройств является разряд батареи. Скорость ее разряда зависит от громкости звука или от музыкальных пристрастий слушателя. Разработчик не может влиять на конечное использование своего изделия. Но к потребляемому току это не относится. Поскольку большую часть времени устройство может находиться в покое, величина собственного тока потребления, разряжающего батарею постоянно, имеет большое значение. Низкий ток потребления LTC6261 увеличивает время разряда батареи.

Заключение

Показанный вариант использования демонстрирует уникальное сочетание технических параметров, объединенных в операционных усилителях семейства LTC6261. Их низкий ток потребления никак не сказывается на высоком уровне характеристик, достижимом обычно лишь ценой намного большего расхода мощности. Дополнительную универсальность микросхеме обеспечивают rail-to-rail входы и выход, режим отключения и широкий выбор типов корпусов.

Конкурс начинающих радиолюбителей
“Моя радиолюбительская конструкция”

Высококачественный усилитель для наушников на микросхеме TDA2003

Схема простого высококачественного усилителя для наушников на микросхеме своими руками

Конкурсная конструкция начинающего радиолюбителя
“Высококачественный усилитель для наушников на микросхеме TDA2003″

Здравствуйте уважаемые друзья и гости сайта!
Представляю вашему вниманию пятую конкурсную работу начинающего радиолюбителя.
Автор конструкции: Морозас Игорь Анатольевич :

Здравствуйте радиолюбители!

Предлагаю Вам посмотреть мою вторую конструкцию –это высококачественный усилитель для наушников на микросхеме TDA2003 .

Схема усилителя взята из интернета. По этой схеме есть целый форум. Большинство радиолюбителей отозвались по ней положительно. Радиолюбитель из Европы даже произвел замеры, которые подтверждают, что усилитель работает в классе А. Коэффициент усиление =18. Этой мощности мне кажется сверх достаточно любому меломану. Вот и я решил проверить это на себе.

Вот основная схема одного канала с блоком питания:

Вот дословно перевожу текст об этом усилителе от Европейского радиолюбителя:

«Это очень простая схема основана на чипе TDA 2003, и дает отличную производительность, равную самых лучших коммерческих проектах стоимостью сотни фунтов.
Паспорт производителя для TDA2003 дает искажений фигуру 0,15% на выходе 4,5 Вт, и коэффициент усиления по напряжению 100, но в этом приложении коэффициент усиления по напряжению был сокращен до 18 за счет увеличения общей питание назад соотношение, и выходная мощность снижается приблизительно 10 мВт. Как следствие, коэффициент гармонических искажений сводится к 0,006%, очень низкий показатель действительно. Прибыль была установлена ​​на этом уровне, чтобы удовлетворить мои наушники Sennheiser HD25SP, с усилителем изгнаны из номинальной источника 200 мВ. 10k горшок журнал может быть использован в качестве регулятора громкости в случае необходимости. Блок питания может быть увеличена до 18v, позволяя более высокую выходную мощность на том же уровне искажений. Это может быть уместным, если используются менее чувствительные наушники.
Обратите внимание, что, чтобы избежать проблемы неустойчивости строгий одной точке схема заземления должны быть использованы. Общая точка заземления должна быть как можно ближе к контакту 3, как это возможно.

Спектр показывает шумов и искажений относительно выхода 1Vpk на частоте 1 кГц, что является очень громко сигнал в Sennheisers. Вторая гармоника на-90дБ и 3-го ниже-88 дБ. Это соответствуют так Суммарный коэффициент гармонических искажений фигура 0,006%. Шум показан как ниже -100 дБ уровня, но с гул шип на-84дБ.
Переходный ответ на частоте 1 кГц прямоугольной волны также показано на рисунке. Там нет никаких признаков звона, превышения или любой переходных искажений за что следует из конечной полосы усилителя.
Полоса пропускания имеет 3dB точки на 10 Гц и 50 кГц. Все рабочие характеристики были измерены с наушниками прилагается:

Объективно использование этого усилителя является безупречным, и это также звучит сладко, как можно было ожидать. Это запускает спокойно, и не будет оглушить вас или взорвать ваши дорогие телефоны с большим зарядки переходного процесса. Короче говоря, настоятельно рекомендуется, особенно если, как я, вы чувствуете, что цель производительности является хорошей отправной точкой для оценки аудиофилов продукта.
Программное обеспечение анализатора спектра Спектр Лаборатория Вольфганг Buescher (DL4YHF).»

Как всегда самое «сложное» при сборке радиосхемы – это укомплектовать все в корпус. Поэтому, я сначала приобрел корпус в радиомагазине, и после внутренних замеров этого корпуса, сделал разводку печатной платы под нее в программе Sprint-Layout 6.0. В своем варианте я сделал несколько изменений. Во-первых: на вход добавил сдвоенный переменный резистор, вместо эл.конденсатора С1 поставил пленочный конденсатор марки Wima 2,2 мкф и в блоке питания увеличил емкость эл. конденсаторов до 6800 мкф.

Плату изготавливал по ЛУТ технологии. Об этой технологии много информации в интернете. Я печатаю дорожки на тонкую глянцевую фотобумагу 130гр. Мощность утюга ставлю на третье деления и грею плату с фотобумагой не более 30-40 сек.

После травления платы в хлорном железе и очистки медных дорожек ацетоном от краски картриджа я лужу дорожки в сплаве РОЗе. В подходящую емкость с водой кидаю несколько капель сплава. Как только они расплавятся ложу плату дорожками в низ и начинаю водить ее по дну емкости. После переворачиваю и губкой стираю все лишние наплывы на дорожках. При таком лужении особо уделяйте вопросу вентиляции. Пары сплава РОЗе ядовиты!

Мне нравиться, когда выглядит все по заводскому, поэтому ЛУТ сделал и со стороны деталей тоже:

Установка платы усилителя в корпус:

Лицевую панель я сделал таким образом. В программе Фотошоп нарисовал внешний вид лицевой панели где должны быть установлены переменный резистор, гнезда для входа и выхода и светодиод. Готовый рисунок распечатал струйным принтером на тонкой глянцевой фотобумаге. На обезжиренную приготовленную панель с отверстиями наклеиваю столярным клеем фотобумагу и ложу панели под так называемый пресс. На сутки. В качестве пресса у меня блин от штанги на 15 кг.

Распечатанный рисунок на фотобумаге наклеены на лицевую панель:

Через сутки после высыхание клея лицевые панели для того чтобы рисунок на них не стирался со временем я поверхность ламинирую термопленкой. Это делаю обычным утюгом через бумагу:

И вот конечный результат сборки:

Ну а теперь о звуке. Если не принимать во внимание, что это мой первый усилитель и до этого мне не приходилось слушать «крутые» усилители для наушников, то звук меня очень порадовал. Звук чистый, если слушать в хорошем качестве запись звук даже кристальный. Прослушиваются все инструменты. Басы есть, но они плотные без дребезга. Мне показалось многовато высоких частот. Громкости столько, что можно реально оглохнуть. Для того чтобы более явно оценить звучание этого усилителя я решил собрать еще один усилитель для наушников на микросхеме ОРА2134

Приложения к статье:

(32.6 KiB, 3,455 hits)

(113.6 KiB, 3,986 hits)

(39.6 KiB, 2,766 hits)

Уважаемые друзья и гости сайта!

Не забывайте высказывать свое мнение по конкурсным работам и принимайте участие в голосовании за понравившуюся конструкцию на форуме сайта. Спасибо.

В связи с приобретением новой звуковой карты без выхода на наушники, у меня возникла потребность в усилителе для наушников приличного качества, способном раскачать мои любимые ТДС-4. Усилитель должен был быть компактным, простым в сборке и налаживании, с низким уровнем шумов и искажений. В итоге, собранный усилитель соответствовал всем указанным выше требованиям.

Характеристики усилителя измерялись с помощью программы RMAA 6. Был испытан макет одного канала (программа работала в режиме МОНО), результаты измерений:

Неравномерность АЧХ (в диапазоне 40 Гц – 15 кГц), дБ: +0.05, -0.74

Уровень шума, дБ (А): -90.9

Динамический диапазон, дБ (А): 90.9

Гармонические искажения, %: 0.0014

Интермодуляционные искажения + шум, %: 0.010

Интермодуляции на 10 кГц, %: 0.0084

Усилитель построен по схеме ОУ + выходной транзисторный буфер. ОУ обеспечивает высокий коэффициент усиления разомкнутой петли обратной связи, необходимый для подавления нелинейных искажений с помощью глубокой ООС. Выходной буфер выполняет усиление по току, согласуя низкое сопротивление катушки наушника с маломощным выходом ОУ. В схеме используется сдвоенный быстродействующий ОУ К574УД2. Сигнал от источника через разделительный конденсатор C3 и резистор R1 поступает на неинвертирующий вход ОУ. Резистор R4 задает рабочую точку усилителя по постоянному току. Элементы C1,C2,R2,R3 обеспечивают частотную коррекцию ОУ. Выходной буфер выполнен по «параллельной» схеме. Данная схема была выбрана, потому что в ней отсутствуют переходные искажения, характерные для обычных двухтактных схем. При использовании транзисторов с близкими параметрами, падения напряжения на переходах база-эмиттер транзисторов пред оконечного и оконечного каскадов взаимно компенсируются. Транзисторы буфера, будучи установлены на общий теплоотвод, взаимно термостабилизируют друг друга. ОУ и буферный каскад охвачены общей 100% ООС по постоянному и переменному току, коэффициент усиления схемы равен 1.

Конденсатор C3 желательно использовать пленочный. C1,C2,C6,C7 – керамические. Все резисторы типа МЛТ-0,125 (или импортные аналоги). Транзисторы VT1 КТ315Г, VT2 КТ361Г, VT3 КТ815Г, VT4 КТ814Г. Предпочтительнее будет использовать в качестве VT1 и VT2 транзисторы КТ815Г и КТ814Г, из соображений идентичности параметров и возможности легко организовать тепловой контакт всех четырех транзисторов буфера. ОУ возможно заменить на любой другой быстродействующий с соответствующим изменением набора корректирующих элементов и разводки печатной платы. Усилитель питается от двухполярного нестабилизированного источника питания. В источнике питания используется трансформатор 220/20 с отводом от средней точки вторичной обмотки. Диодный мост любой на напряжение 50В и ток до 1А. Возможно использовать диоды серий 1N4001-1N4007. Емкость конденсаторов C4,C5 не менее 1000 мкФ (я использовал 4700 мкФ)

Правильно собранный усилитель налаживания не требует. Необходимо проверить потребляемый ток (порядка 30 мА для двухканального усилителя) и постоянное напряжение на выходе.

Детали усилителя и источника питания размещаются на общей плате размером 35х78мм. Транзисторы каждого канала крепятся через изоляционные прокладки к общему П-образному теплоотводу. Площадь теплоотвода несущественна, главное чтобы он обеспечивал тепловой контакт транзисторов.

Печатная плата однослойная с перемычками, разведена в Sprint Layout 5. В авторском варианте использовался нефольгированный текстолит, детали устанавливались в отверстия, выводы соединялись медной проволокой.

Литература:

Усилительный блок любительского радиокомплекса. А. Агеев, Радио №8 1982г.

The Sapphire Desktop Headphone Amplifier – http://phonoclone.com/diy-sapp.html

При построении нового усилителя для наушников у меня была цель построить компактную и простую в настройке схему с отличным звуком на распространенных комплектующих.

В качестве УН решено было использовать операционный усилитель, который и обеспечивает усиление по напряжению в 2-3 раза. В качестве выходного буфера к ОУ я применил модификацию повторителя Тейлора-Уайта. Выбранное решение позволяет снизить ток покоя в 2-3 раза по сравнению с «честным классом А», что положительным образом сказывается на тепловыделении усилителя.

Схема усилителя AH-P2

Коэффициент усиления усилителя задается отношением R13 / R8. При использовании высокоомных наушников R13 можно увеличить до 47кОм. В качестве ОУ можно использовать AD744 и NE5534, используя 5 вывод. Печатная плата позволяет использовать и другие ОУ, мной были опробованы: ADA4627, LME49990, OPA627, OPA827, OP42, AD845, К544УД2, но уже со стандартным выходом (6 вывод). Субъективно наиболее интересные по звуку для меня оказались AD744 и наша К544УД2А. Поэтому в усилителе предусмотрена цепочка подстройки 0, для К544УД2. У нее разброс параметров очень большой, для импортных ОУ подстройка 0, как показала практика, особо не нужна. Для работы К544УД2 с низким КУ потрбуется также включить цепочку частототной коррекции, замкнув выводы 1 и 8, можно также ее ослабить и вместо перемычки установить конденсатор емкостью ~15-22пФ, при этом контролировать стабильность работы ОУ.

Питание усилителя

Оба канала усилителя питаются от общего стабилизированного источника питания с выходным напряжением ±8.2в, стабилизаторы для положительного и отрицательного напряжения выполнены по классической схеме ИОН-ФШ-ОУ, что позволяет получить предсказуемо отличный результат без лишних затрат.

Настройка усилителя предельно проста. Для работы на нагрузку 250 Ом и выше рекомендуется выставить ток покоя ~ 25мА. При работе на нагрузку 64 Ома для минимизации искажений ток покоя придется увеличить до 40-45мА, при этом выходные транзисторы усилителя и стабилизатора придется оснастить радиатором. При работе на нагрузку 32Ома ток покоя рекомендуется выставить ~50-55мА.

Печатная плата

Усилитель собран на двусторонней печатной плате размером 50х100мм. Плата подготовлена для заказа на производстве. Плата предусматривает установку транзисторов как в to126 исполнении (например BD139) так и в SMD исполнении SOT-223 (например BCP56). Аналогично в стабилизаторе питания могут быть установлены BD139/BD140 или BCP56/BCP53.

3D-вид печатной платы усилителя для наушников AH-P2 с компонентами:

Результаты измерений усилителя в RMAA

Как можно видеть искажения усилителя крайне низкие. При токе покоя 60мА гармонические искажения усилителя при работе на резистивную нагрузку 64 Ома, составили всего 0.0002% (4В RMS). Что практически идентично искажениям самого измерительного стенда, твикнутой ASUS Xonar ST.

Фотографии готовой конструкции

Ниже привожу фотографии готовой конструкции. На первом фото первая версия усилителя AH-P2 (плата v1.0 предусматривала установку ОУ только в soic8 исполнении) в связке с мультиформатным ЦАП на базе ak4490 (красная плата). На втором версия 1.2 усилителя с К544УД2А. Реальные замеры искажений усилителя с К544УД2А находятся в диапазона 0,0006%-0,0002% в зависимости от экземпляра ОУ.