Схема унч для наушников, на основе малошумящих операционных усилителей. Усилитель для наушников, чуть сложнее Идеи и схема

Усилитель без усиления, странно звучит не правда? Но тем не менее, про него пойдет речь.

Начну с не большой пред истории, купив новые наушники, стал замечать, что не хватает громкости, но не так, что бы сильно. Чисто в записях, на который низкий уровень громкости, хочешь добавить еще чуть - чуть, а уже предел. Да и субъективно, казалось, что звуковая карта стала звучать с ними, как то «сжато», низкие частоты оставляли желать лучшего. Думаю, с таким многие сталкивались.

Забегая вперед, могу сказать, что сам пришел к выводу, что усилитель для наушников, нужен. И даже не столько, как усилитель звука, он больше нужен для раскрытия потенциала наушников. В ходе сборки данного усилителя заметил, что наушники стали играть лучше, чем просто от входа звуковой карты. Возможно, сказывается, то что происходит некая «согласованность» относительно низкого сопротивления наушников, и выхода звуковой карты.

Сам усилитель, для наушников будет построен всего на одном ОУ (операционном усилителе), в данном случае на OPA2134 от burr brown. Так как напряжение источника сигнала особо усиливать не надо, то ОУ включается повторителем напряжения. Коэффициент усиления повторителя равен единице, или, сказать по - другому, никакого усиления и нет. Тогда зачем нужна такая схема? Здесь вполне уместно вспомнить, что существует транзисторная схема - эмиттерный повторитель, основное назначение которого согласование каскадов с различными входными сопротивлениями. Подобные каскады (повторители) называют еще буферными. Теперь становится понятно название «Усилитель без усиления».

Одним словом, в ходе выбора схемы решил сделать именно буфер, и да знаю, в единичном усилении включать ОУ, не сильно хорошо, но OPA2134 с этим справляется, так же как и NE5532, и TL072. Да и выходной ток для «раскачки» наушников достаточен. Там ведь особо много не надо? Ну 20мА, максимум 40мА, я не беру во внимание, особо чувствительные наушники.

Ниже схема самого буфера:

На схеме видно сам ОУ и буквально, не большую кучку деталей его обвязки. По входу стоит переменный резистор на 50Ком, далее за ним стоит по пленочному конденсатору С4 и С5 по 1.5 мкФ, можно поставить и более скажем 2.2 мкФ, что даже лучше. Резисторы R7, R8 и конденсаторы С2, С1 нужны, как своего рода фильтр, служащий защитой от проникновения радиочастот, да и шума с компьютера, может и не значительно, но пускай будет. Резисторы R5, R6 защита входа ОУ, лучше поставить, я их поставил по 100 Ом, но можно вплоть до 1 КОма. Резисторы R4, R3 защита выхода ОУ, можно ставить от 10-30 Ом, можно и больше, но зачем? Резисторы R1, R2, точнее их сопротивление не влияет на «единичность» усиления, лично я поставил 30 КОм, но можно и 47Ком поставить работать будет. Хотя ОУ и не самый скоростной 20 В/мкс, но тем не менее, питание на плате обвешал полностью. По 100 нФ и 1000 мкФ, от ножек минуса и плюса питания на землю, а также максимально близко к ОУ, между плюсом и минусом еще один конденсатор, на 100 нФ. Вот и все детали, буквально чуть - чуть.

В собранном виде выглядит эта платка буфера так:

Нужно еще обязательно подпаять проводок от массы на корпус резистора, что бы не было гула при касании к нему, я это сделал так:

Осталось сделать питание, особо с питанием возится не захотел, сделал его по стандартной схеме на LM7812 / LM7912. Единственное что подобрал стабилизаторы, что бы в плечах было более - менее похожие напряжения. Собственно схема:

Ни чего особенного, только добавил пару деталей, в виде варистора и помехоподавляющего конденсатора, параллельно входу трансформатора. В выпрямителе, применил диоды SF26, можно было и HER107. Да понимаю, вроде бы, а зачем? Можно ведь поставить что-то по проще, но на них цена, не сильно то и большая, да и нужно их не много. А на звук вроде влияет, так что поставил. Еще применил 2 предохранителя PTC 250 мА, чисто были. Решил для подстраховки поставить, можно не ставить.

Плата питания выглядит так, вышла довольно миниатюрной:

В результате этот буфер для наушников выглядит так:

Теперь собственно результат проделанной работы, фона нет в принципе, не слышно, чему был очень рад, после сборки:) Звук стал лучше, реально ощутил это, не то что бы он, как то красиво окрасился, чисто субъективно в нем добавилось низких и средних частот, да и сжатость прошла. Громкости мне сейчас хватает, как это не парадоксально от усилителя без усиления. Одним словом работой буфера доволен, при такой простой схеме его просто нужно попробовать собрать:) Тем более работает сразу, и настроек не каких производить не нужно. Советую тем, кто хочет услышать по новому свои наушники, но не хочет пока собирать, что-то сложное. Лично сейчас думаю как бы сделать к нему корпус.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Схема усилителя.
IC1	Операционный усилитель	OPA2134	1			В блокнот
С1, С2	Конденсатор	2200 пФ	2			В блокнот
С4, С5	Конденсатор	1.5 мкФ	2			В блокнот
С6, С7		1000 мкФ	2			В блокнот
С8-С10	Конденсатор	0.1 мкФ	3			В блокнот
R1, R2, R7, R8	Резистор	30 кОм	4			В блокнот
R3, R4	Резистор	20 Ом	2			В блокнот
R5, R6	Резистор	100 Ом	2			В блокнот
R9, R10	Переменный резистор	50 кОм	2			В блокнот
R, L	Входной разьем		2			В блокнот
	Разьем для наушников		1			В блокнот
	Схема блока питания.
VR1	Линейный регулятор	LM7812	1			В блокнот
VR2	Линейный регулятор	LM7912	1			В блокнот
	Выпрямительный диод	SF26	6			В блокнот
HL1, HL2	Светодиод		2			В блокнот
С11	Конденсатор	0.047 мкФ	1			В блокнот
С12, С13	Электролитический конденсатор	1000 мкФ	2			В блокнот
С14-С17	Конденсатор	0.1 мкФ	4

По результатам опроса победили ушники, собранные на «полупроводниках». Поэтому именно с них мы и начнем линейку конструкторов.

Я хотел бы начать с нескольких самых простых схемок. На роль конструктора они не годятся, но их рассмотрение возможно подведет нас к схеме, которую, на наш взгляд, имеет смысл положить в основу конструктора.

Итак, начнем.

В предыдущей статье мы уже говорили, что усилитель для наушников в первую очередь должен решать две основные задачи.

Во-первых, он должен разгружать выход источника сигнала. Работа аудиовыхода на низкоомную нагрузку приводит к резкому росту искажений (из-за высокой токовой нагрузки) и ухудшению АЧХ (завал на НЧ и иногда ВЧ). Использование буферного усилителя тока, предотвращает эти явления.

Во-вторых, для обеспечения нормальной громкости на высокоомных наушниках (и запаса по громкости на низкоомных), ушник должен иметь некоторое усиление по напряжению.

При использовании низкоомных наушников дополнительное усиление не всегда нужно. В таких случаях усилитель используется как токовый буфер. Иногда в этом качестве можно использовать самые простые схемы. Например такие как на рисунке. Это обычные повторители. Они могут быть собраны как на биполярных, так и на полевых транзисторах.

Самая примитивная схема слева. Простота - ее главное достоинство (возможно и единственное). Высокая нелинейность, высокое выходное сопротивление, очень низкая эффективность (даже по меркам схем в классе А) и пр. делают ее не очень интересной с практической точки зрения.

Имеет смысл немного ее усложнить. Заменим эмиттерный резистор на источник тока (схема справа). Такая схема уже вполне имеет право на жизнь. В ней можно достичь низкого выходного сопротивления, увеличить способность усилителя отдавать ток в нагрузку, значительно повысить линейность и т.д.

Стоит сказать несколько слов о нелинейности схемы с источником тока. В целом линейность не очень высока и зависит от тока покоя, сопротивления наушников и типа применяемого транзистора. Общий уровень гармоник может достигать десятых долей процента. Но спектр искажений благоприятный, короткий, с преобладанием второй гармоники. Например: при токе покоя 200мА (наушники 32 Ома), можно ожидать уровень второй гармоники порядка 0,1%, уровень третьей – 0,01% и нефиксируемость гармоник более высоких порядков. Звучать такой усилитель должен чисто.

При работе на высокоомные наушники (а часто и низкоомные) возникает необходимость усиления сигнала. Обеспечение запаса по громкости очень благоприятно сказывается на качестве воспроизведения. Рассмотрим простейшую схему. (см. рисунок)

Такие схемы иногда используют даже для работы с полноценной акустикой. Решение на любителя. Достоинствами схемы являются простота, и благоприятный спектр искажений (вторая гармоника). Окрашивание звука достаточно сильное, и его характер зависит от выбранного транзистора, тока покоя и сопротивления нагрузки. Любителям чистого, точного звука скорее всего не подойдет.

Высокий уровень гармоник является следствием неудовлетворительной работы каскада на низкоомную нагрузку. Если между выходом усилителя и наушниками поставить дополнительный буфер (например такой как рассмотрен в начале), то получим новую схему.

Линейность усилителя напряжения значительно возрастет, а звуковые характеристики всей схемы будут определяться, в основном, выходным буферным каскадом.

В большинстве случаев этой простой схемы хватит для согласования наушников с звуковой картой ноутбука. При этом качество воспроизведения вырастет.

Теперь поговорим о дальнейших путях улучшения характеристик усилителя.

Решать эту задачу можно «в лоб». Например, увеличением тока покоя или подбором более линейного транзистора. Заплатить за это придется соответственно усложнением и удорожанием. Также увеличатся и размеры. Таким методом можно значительно повысить характеристики, но есть и другие, менее прямолинейные способы улучшения.

Более распространенный способ повышения объективных параметров – значительное усложнение схемы, введение общей ОС. Схема остается компактной и экономичной, но сложной в повторении, сборке и наладке. При этом цена ее так же вырастет.

Поэтому, на наш взгляд, для конструктора не подходит ни один из этих вариантов. Им не хватает универсальности.

Более универсальным решением может стать схема с использованием ОУ с дополнительным буфером на выходе. Примерный вариант на рисунке.

Его главное свойство – очень чистое звучание. А именно таким, по нашему мнению, и должен быть транзисторный усилитель. А для приукрашенного звука лучше использовать гибридные усилители.

Сама схема оставляет некоторую свободу в настройке звука. Это и замена ОУ (менее шумящие, более/менее скоростные и т.д.). При желании, замена выходных транзисторов, выбор режима их работы (что сказывается на вносимых окрасках в звук).

Изменением запайки можно охватить ОС весь усилитель или только ОУ. Каждый из вариантов по-своему интересен. При охвате всего усилителя ОС достигается очень высокая линейность, суммарный коэффициент гармоник будет составлять тысячные доли процента. Исключение выходного буфера из петли ОС приведет к росту второй гармоники («благозвучные» искажения). Кроме этого, произойдут и некоторые другие изменения влияющие на звук. Вполне возможно, что кому то такой звук покажется интереснее. Ток покоя выходного каскада можно будет подбирать под требование используемых наушников (по умолчанию я бы выставил его равным 200мА).

Среди прочих достоинств такой схемы я бы отметил способность работать в широком диапазоне питающих напряжений (без каких либо настроек и изменений), простоту сборки и настройки.

Кому-то может оказаться полезным и то, что устройство без особых усилий можно превратить в высококачественный усилитель мощности (в классе А) работающий на акустику. Но это как говорится уже другая история (если кому-то это будет интересно, расскажу об этом отдельно).

Качество звука у такого ушника проверено и оно высокое. Похожая схема используется в усилителе внешний вид которого приводился на фотографиях сопровождавших все наши записи о конструкторе.

Как говорится, у меня все. Хотел бы узнать, что вы думаете обо всем этом?

С уважением, Константин М

Все статьи посвященные проекту "Гамма" можно найти через навигатор

Заказать конструктор усилителя "Гамма" можно у нас на сайте: АЛ "Философия Звука"

Сообщество для обсуждения конструкторов - "Электронные конструкторы" . Присоединяйтесь.

Как говорится - все гениальное просто. Данный усилитель состоит из минимума деталей, обеспечивая сигналу прохождение через минимум элементов, и тем самым оберегая его от искажений, которые эти элементы могут внести.

Усилитель имеет мощность 500мВт. Расчетный уровень искажений, при применении микросхемы на подобии OPA2134 - 0.001%. Сопротивление нагрузки 32-300 Ом.

На R1 и R2 собран регулятор громкости, точнее это один сдвоенный резистор. По входу стоит бутерброд из конденсаторов 4.7 и 0.47мкФ, позволяющий добиться максимальной линейности. На IC1.1 и IC1.2 собраны инвертирующие усилители с коэффициентом усиления равным 4. Далее Следуют повторители на транзисторах. ООС образуют R6 и R5. R11 и R12 ограничивают ток поступающий с ОУ на базы повторителей, от этого ОУ проще живется, и искажений чуть меньше. R7, R8, R9, R10 ограничивают ток транзисторов повторителя и защищают их от сквозных токов. Схема питается от двухполярного напряжения и имеет встроенные цепочки фильтрации на микросхемах-стабилизаторах 7812 и 7912. На выходе стоят конденсаторы предотвращающие попадание постоянного напряжения на выход.

В качестве IC1 можно использовать LM358 как самый доступный вариант, но для качественного звука советую поставить аналог подороже.

Печатная плата включает все элементы, кроме разъемов. Ее размеры составляют всего 50х50мм. Такой размер был выбран с целью в дальнейшем заказать платы у китайцев, уложившись в самый дешевый лот размером 5х5см. Вообще первоначально данный проект планировалось использовать как коммерческую разработку, но я все-же решил выложить его в открытый доступ.

Первая плата изготовлена методом плоттерной аппликации:

Пала небольшая, поэтому крепление осуществляется посредством штатной гайки переменного резистора. В сборе устройство выглядит так:

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
IC1	Операционный усилитель	OPA2134	1	LM358		В блокнот
	Линейный регулятор	LM79L12	1			В блокнот
	Линейный регулятор	LM78L12	1			В блокнот
VT1, VT3	Биполярный транзистор	BC547	2			В блокнот
VT2, VT4	Биполярный транзистор	BC557	2			В блокнот
R1, R2	Переменный резистор	50 кОм	2			В блокнот
R3, R4	Резистор	47 кОм	2			В блокнот
R5, R6	Резистор	200 кОм	2			В блокнот
R7-R12	Резистор	10 Ом	6			В блокнот
		1000 мкФ	4			В блокнот
	Электролитический конденсатор	100 мкФ	2			В блокнот
	Электролитический конденсатор	10 мкФ	2

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.

» привет. Вот конструкция усилителя для наушников, который основан на буферах тока LME49600. Эти ОУ были выбраны из-за того, что они обещают очень хорошие параметры при простой реализации схемного исполнения. Кстати, это далеко не единственный вариант подобного устройства — вот ещё одна схема

Схема УНЧ на LME49600

Схема принципиальная усилителя на микросхемах LME49600

В схеме используется система активной коррекции смещения постоянного тока на выходе усилителя, что позволяет исключить из сигнального тракта конденсаторы, соединяющие каскады. Чтобы обеспечить долговечность — обязательно применение высококачественных элементов, подверженных износу, таких как потенциометр и электролитические конденсаторы.

Микросхемы LME49600

Блок питания

Трансформатор питания на 10VA с вторичными напряжениями 2x9V. Стабилизаторы питания LT3015 и LT1963.

Стабилизаторы LT3015 и LT1963 и конденсаторы

Печатную плату конечно можно проектировать самостоятельно, но в данном случае она была заказана на заводе, потому что хотелось получить максимально хорошее качество исполнения. К слову — стоимость печатки совсем не большая и иногда лучше доверить это дело промпроизводству, чем пытаться изготовить самому.

Печатная плата из Китая

Изготовление корпуса для усилителя

Корпус УНЧ изготовлен из пластика, покрытого алюминиевым листом, так лучше для экранирования конструкции. В корпусе расположен разъем питания IEC C14 с встроенным фильтром электромагнитных помех и выключателем, а в качестве аудио разъемов использованы 6,3 мм.

Корпус для самодельного УНЧ к наушникам

В настоящее время усилитель работает с наушниками Sennheiser HD600. Результаты его работы вполне впечатляющие — при соответствующем качественном источнике сигнала. Какую максимальную мощность может получить усилитель? На основе данных даташита LME49600 — около 1W.