Sluchátkový zesilovač, trochu složitější. Zesilovač pro sluchátka s nízkou impedancí na operačním zesilovači Schéma zesilovače pro sluchátka na nízkoproudových operačních zesilovačích

Podle výsledků průzkum Vyhrála sluchátka sestavená na „polovodiče“. Proto s nimi zahájíme řadu návrhářů.

Rád bych začal s několika nejjednoduššími schématy. Pro roli konstruktéra se nehodí, ale jejich zvážení nás může přivést ke schématu, ze kterého má podle nás smysl konstruktor vycházet.

V předchozím článku jsme si již řekli, že sluchátkový zesilovač by měl řešit především dva hlavní úkoly.

Nejprve musí uvolnit výstup zdroje signálu. Provoz audio výstupu na nízkoimpedanční zátěž vede k prudkému nárůstu zkreslení (vlivem velké proudové zátěže) a zhoršení frekvenční charakteristiky (blokace na nízkých a někdy i vysokých frekvencích). Těmto jevům předchází použití vyrovnávacího proudového zesilovače.

Za druhé, aby byla zajištěna normální hlasitost u vysokoimpedančních sluchátek (a rezerva hlasitosti u nízkoimpedančních), musí mít sluchátko určité napěťové zesílení.

Při použití sluchátek s nízkou impedancí není vždy nutné dodatečné zesílení. V takových případech se zesilovač používá jako proudová vyrovnávací paměť. Někdy lze v této funkci použít nejjednodušší schémata. Například jako na obrázku. Jedná se o běžné opakovače. Mohou být sestaveny jak na bipolárních, tak na polních tranzistorech.

Nejprimitivnější schéma vlevo. Jednoduchost je jeho hlavní předností (snad jedinou). Vysoká nelinearita, vysoká výstupní impedance, velmi nízká účinnost (i na poměry obvodů třídy A) atd. z praktického hlediska nejsou příliš zajímavé.

Má smysl to trochu zkomplikovat. Vyměňme emitorový rezistor za zdroj proudu (schéma vpravo). Takové schéma už má právo na život. Může dosáhnout nízké výstupní impedance, zvýšit schopnost zesilovače dodávat proud do zátěže, výrazně zvýšit linearitu atd.

Stojí za to říci pár slov o nelinearitě obvodu se zdrojem proudu. Obecně platí, že linearita není příliš vysoká a závisí na klidovém proudu, impedanci sluchátek a typu použitého tranzistoru. Celková úroveň harmonických může dosahovat desetin procenta. Ale spektrum zkreslení je příznivé, krátké, s převahou druhé harmonické. Například: při klidovém proudu 200mA (sluchátka 32 ohmů) můžete očekávat úroveň druhé harmonické řádově 0,1%, úroveň třetí - 0,01% a nefixaci harmonických vyšších řádů. Takový zesilovač by měl znít čistě.

Při práci na vysokoimpedančních sluchátkách (a často s nízkou impedancí) je nutné signál zesílit. Zajištění rezervy hlasitosti je velmi výhodné pro kvalitu přehrávání. Zvažme nejjednodušší schéma. (viz obrázek)

Takové obvody se někdy používají i pro práci s plnohodnotnou akustikou. Amatérské řešení. Výhodou obvodu je jednoduchost a příznivé spektrum zkreslení (druhá harmonická). Zabarvení zvuku je poměrně výrazné a jeho charakter závisí na zvoleném tranzistoru, klidovém proudu a zátěžovém odporu. Příznivci čistého a přesného zvuku s největší pravděpodobností nebudou dělat.

Vysoká úroveň harmonických je důsledkem neuspokojivého provozu kaskády pro nízkoodporovou zátěž. Pokud mezi výstup zesilovače a sluchátka vložíme další vyrovnávací paměť (například jak bylo uvedeno na začátku), dostaneme nový obvod.

Linearita napěťového zesilovače se výrazně zvýší a zvukové charakteristiky celého obvodu budou určovány především stupněm výstupní vyrovnávací paměti.

Ve většině případů bude tento jednoduchý obvod stačit pro sladění sluchátek se zvukovou kartou notebooku. Tím se zlepší kvalita přehrávání.

Nyní si povíme o dalších způsobech, jak zlepšit vlastnosti zesilovače.

Tento problém můžete vyřešit "na čelo". Například zvýšením klidového proudu nebo volbou lineárnějšího tranzistoru. Za to budete muset zaplatit s odpovídající komplikací a zdražením. Velikosti se také zvětší. Tato metoda může výrazně zlepšit výkon, ale existují i ​​​​jiné, méně přímočaré způsoby, jak zlepšit.

Častější způsob, jak zvýšit objektivní parametry, je výrazně zkomplikovat obvod, zavést společný OS. Obvod zůstává kompaktní a ekonomický, ale obtížně se opakuje, sestavuje a ladí. Zároveň se zvýší i jeho cena.

Žádná z těchto možností tedy dle našeho názoru není pro projektanta vhodná. Chybí jim všestrannost.

Univerzálnějším řešením by mohl být obvod využívající operační zesilovač s přídavným výstupním bufferem. Příklad je na obrázku.

Jeho hlavní předností je velmi čistý zvuk. To je podle nás takový, jaký by měl být tranzistorový zesilovač. A pro vyšperkovaný zvuk je lepší použít hybridní zesilovače.

Samotné schéma ponechává určitou volnost v nastavení zvuku. Toto je také náhrada za operační zesilovače (méně hlučné, více / méně rychlé atd.). V případě potřeby výměna výstupních tranzistorů, volba jejich provozního režimu (který ovlivňuje barvy vnesené do zvuku).

Změnou těsnění může OS pokrýt celý zesilovač nebo pouze operační zesilovač. Každá možnost je svým způsobem zajímavá. Při pokrytí celého zpětnovazebního zesilovače je dosaženo velmi vysoké linearity, celkové harmonické zkreslení bude v tisícinách procenta. Vyloučení výstupní vyrovnávací paměti ze smyčky OS povede ke zvýšení druhé harmonické („eufonické“ zkreslení). Kromě toho dojde k některým dalším změnám ovlivňujícím zvuk. Je dost možné, že někomu tento zvuk přijde zajímavější. Klidový proud koncového stupně lze volit dle požadavků použitých sluchátek (standardně bych nastavil 200mA).

Mezi další výhody takového obvodu bych poznamenal schopnost pracovat v širokém rozsahu napájecích napětí (bez jakéhokoli nastavování a změn), snadnost montáže a konfigurace.

Někomu se může hodit i to, že z přístroje lze bez větší námahy udělat kvalitní koncový zesilovač (ve třídě A) pracující pro akustiku. Ale to, jak se říká, je jiný příběh (pokud má někdo zájem, řeknu o tom samostatně).

Kvalita zvuku těchto sluchátek byla testována a je vysoká. Podobný obvod je použit v zesilovači, jehož vzhled byl znázorněn na fotografiích, které doprovázely všechny naše záznamy o konstruktérovi.

Jak se říká, mám všechno. Chtěl bych vědět, co si o tom všem myslíte?

S pozdravem Konstantin M

Všechny články o projektu "Gamma" lze nalézt prostřednictvím navigátoru

Návrhář zesilovače "Gamma" si můžete objednat na našem webu: AL "Philosophy of Sound"

Diskuzní komunita konstruktorů - "Elektronické konstruktéry". Připojit se.

Návrhář sluchátkového zesilovače.

Doufal jsem, že obchod pošle tento konstruktor na recenzi. Ne čekat. Koupeno pro moje. Ale to je nejlepší - normálně pomalu sestavené zařízení. Výsledek je v této recenzi.

Tento návrhář se také prodává na Ali. Ale tam to stojí 17 $. Cena na ebay je stejná jako na banggood. Hledáno "DIY HIFI Fever Amp Headphone Amplifier Kit". Neviděl jsem to složené.

Vlastnosti:
Napájecí napětí: variabilní 15V
Maximální výkon: 300mW
Impedance sluchátek: 32 - 600 ohmů
15Hz-100KHz
SNR: >100dB
Zkreslení:<0.02%
Odstup kanálů: >70dB

Dodáno ve standardní černé měkké tašce. Zařízení:


Návod v čínštině:

Oboustranná deska s plošnými spoji - vyrobena ve vysoké kvalitě, stopy jsou normálně rozmístěny:

Rozměr desky - 86 mm x 125 mm. Na desce nápis XY HiFi ver 1.1
V pouzdru nejsou žádné otvory pro instalaci. Předpokládá se instalace v pouzdře s bočními "ližinami" pod deskou. Ale mohou být vrtány v rozích desky - stopy nebudou poškozeny. V tomto případě je lepší instalovat desku do pouzdra na nylonové nožičky. Hodnocení dílů na desce není podepsáno. Přihlášen k odběru pokynů. Neexistuje žádné schéma zařízení. Na stránce produktu je odkaz na schéma nakreslené kupujícím Vlad-1357. Pokud čte tuto stránku, moc děkuji.

Překreslil jsem to na počítači:

Podrobnosti:

V napájecím zdroji - 4007 diod. V koncové tranzistorové kaskádě - 4148 diod.
Ochranný obvod sluchátek před stejnosměrným výstupním napětím a zpožděním zapnutí na čipu uPC1237.
Bezprostředně před montáží jsem vyměnil všechny kondenzátory za normální - WIMA a Nichicon:

Pájené:

Poznámky k sestavení:
1. O výměně všech kondenzátorů jsem psal výše. Nevím, jak zní akcie.
2. Vřele doporučuji vyměnit operační zesilovač NE5532 za OPA2134PA. Náklady na takový upgrade jsou asi 200 rublů. Zesilovač začne hrát čistěji a příjemněji.
3. Pro napájení - obvod jsem zkoušel napájet ze dvou samostatných vinutí transformátoru 15 V přes diodové můstky - nezaznamenal jsem žádné měření ve zvuku sluchem. Vráceno původní schéma napájení.
4. Modrá LED kontrolka napájení. Nesvítí moc jasně. můžete změnit, pokud chcete.
5. Proměnný odpor regulátoru hlasitosti na 50 kOhm se zpočátku zdál normální - nepraskl. Při nulové hlasitosti není slyšet žádný signál. Ale pak jsem lépe poslouchal. Vyvážení kanálu je narušeno - pravý kanál hraje hlasitěji než levý..html).
6. Výkonový transformátor používal zaplavený transformátor BVEI 304 2043 (2,6VA 230V 15V/174mA).
Koupil jsem offline v obchodě s elektronikou. Na hranici zisku (sinus ke vstupu z generátoru) se takový transformátor zahřeje na 30-40 stupňů. Je jasné, že takto zesilovač s největší pravděpodobností nikdo nevyužije. Za normálních podmínek mírně teplý.
7. Tranzistory BD139 / BD140 byly vybrány v párech se stejným součinitelem přenosu statického proudu h21e pomocí "lidové zkoušečky tranzistorů".
8. Tranzistory a regulátory výkonu se téměř nezahřívají. Nelze instalovat na radiátory.
9. Vyměněn 3,5mm konektor pro sluchátka za 6mm konektor. Udělal jsem odbočku pro výstup z jacku, abych mohl zesilovač použít jako předzesilovač, pokud jsou sluchátka vypnutá.
10. Vyhodil jsem vypínač - připájel propojkou.

Jako zátěž - dva odpory 51 ohmů (mám sluchátka Sennheiser HD595 50 ohmů). Testování pomocí generátoru signálu:






Maximální zisk - pokud dále zvýšíte amplitudu signálu, dostaneme ořez:




Dočasně připájeno poté, co usměrňovací diody do napájecího zdroje prorazí odpor 0,22 Ohm pro měření klidového proudu a maximální spotřeby. Vypnul signál u vchodu.
Klidový proud:


Podle Ohmova zákona, podle poklesu napětí na rezistoru, uvažujeme 0,005 V / 0,22 Ohm \u003d 0,022 A
Max. spotřeba. Přivedeme signál z generátoru na vstup zesilovače do výstřižku a získáme:


Proud se postupně zvyšuje s nárůstem amplitudy vstupního signálu. Zesilovač tedy pracuje ve třídě B.

Podle Ohmova zákona, podle poklesu napětí na rezistoru, uvažujeme 0,018 V / 0,22 Ohm \u003d 0,082 A
Celkově zesilovač spotřebuje maximálně 2 * 0,082 A * 15 V = 2,45 wattů. O kolik více (trochu) ochrana spotřebuje.

Zapojená sluchátka. Líbil se zvuk. Pozadí je téměř neslyšitelné. Po umístění do pouzdra, stínění vstupně-výstupních obvodů, zapojení uzemnění a připojení. k tělu pozadí zmizelo. Zmizelo i buzení zesilovače z mobilu.
Kvalita zvuku je jasná a detailní. Jsou slyšitelné výšky, hloubky a středy. Barva zvuku nějakého druhu také není slyšitelná. Zesilovač začne hrát hned dobře. "Zahřívání" není potřeba. Zesilovač je během provozu studený. Za 100-150 dolarů sluchátka to bude ideální zařízení. Dražší sluchátka nejsou k dispozici.

Design jsem umístil do pouzdra ze starého CDROM. Standartní řešení :-)

Výsledek:

" Ahoj. Zde je návrh sluchátkového zesilovače, který je založen na proudových bufferech LME49600. Tyto operační zesilovače byly vybrány, protože slibují velmi dobrý výkon v jednoduché implementaci obvodu. Mimochodem, toto není zdaleka jediná varianta takového zařízení - zde je další schéma

ULF obvod na LME49600

Obvod využívá aktivní systém korekce stejnosměrného offsetu na výstupu zesilovače, který umožňuje vyloučit ze signálové cesty kondenzátory spojující stupně. Pro zajištění dlouhé životnosti je nutné používat vysoce kvalitní díly podléhající opotřebení, jako je potenciometr a elektrolytické kondenzátory.

pohonná jednotka

Výkonový transformátor pro 10VA se sekundárními napětími 2x9V. Stabilizátory výkonu LT3015 a LT1963.

Desku plošných spojů si samozřejmě můžete navrhnout sami, ale v tomto případě byla objednána z výroby, protože jsme chtěli získat co nejlepší kvalitu zpracování. Mimochodem, náklady na těsnění nejsou vůbec vysoké a někdy je lepší svěřit toto podnikání průmyslové výrobě, než se pokoušet vyrobit sami.

Výroba skříně zesilovače

Tělo ULF je vyrobeno z plastu potaženého hliníkovým plechem, takže je lepší pro stínění konstrukce. Ve skříni je umístěn napájecí konektor IEC C14 s vestavěným EMI filtrem a přepínačem a použity jsou 6,3mm audio konektory.

Zesilovač aktuálně spolupracuje se sluchátky Sennheiser HD600. Výsledky jeho práce jsou velmi působivé - s odpovídajícím kvalitním zdrojem signálu. Jaký maximální výkon může zesilovač přijmout? Na základě datasheetu LME49600 - asi 1W.

Zesilovač bez zesílení, zní to divně, že? Ale přesto o tom budeme mluvit.

Začnu malým příběhem předtím, když jsem si koupil nová sluchátka, začal jsem si všímat, že není dostatek hlasitosti, ale ne tolik. Čistě v záznamech, u kterých je úroveň hlasitosti nízká, chcete přidat trochu víc - trochu, ale už limit. Ano, a subjektivně se zdálo, že zvuková karta s nimi začala znít, jaksi „zkomprimovaná“, nízké frekvence nechávaly mnoho přání. Myslím, že to zažilo mnoho lidí.

Výhledově mohu říci, že jsem sám došel k závěru, že je potřeba sluchátkový zesilovač. A to ani ne tak jako zesilovač zvuku, ten je potřeba spíše k odemknutí potenciálu sluchátek. Při montáži tohoto zesilovače jsem si všiml, že sluchátka začala hrát lépe než jen ze vstupu zvukové karty. Možná to ovlivňuje fakt, že mezi relativně nízkým odporem sluchátek a výstupem zvukové karty existuje určitá „konzistence“.

Samotný zesilovač pro sluchátka bude postaven pouze na jednom operačním zesilovači (operační zesilovač), v tomto případě na OPA2134 od Burr brown. Protože napětí zdroje signálu není třeba nijak zvlášť zesilovat, zapíná se operační zesilovač napěťovým sledovačem. Zesílení opakovače se rovná jedné, nebo, jinak řečeno, není zisk vůbec žádný. Proč je tedy takové schéma potřeba? Zde je docela vhodné připomenout, že existuje tranzistorový obvod - emitorový sledovač, jehož hlavním účelem je sladit kaskády s různými vstupními impedancemi. Takové kaskády (opakovače) se také nazývají buffer. Nyní je název "Zesilovač bez zesílení" jasný.

Jedním slovem, v průběhu výběru obvodu jsem se rozhodl udělat vyrovnávací paměť, a ano, vím, zahrnout operační zesilovač do jednotkového zisku není příliš dobré, ale OPA2134 se s tím vyrovná, stejně jako NE5532 a TL072. Jo a výstupní proud pro "nahromadění" sluchátek je dostatečný. Opravdu toho není moc potřeba, že? No 20mA maximálně 40mA neberu v potaz zvlášť citlivá sluchátka.

Níže je schéma samotného bufferu:

Diagram ukazuje samotný OS a doslova, ne velké množství detailů jeho páskování. Na vstupu je proměnný rezistor 50Kom, za ním je pak fóliový kondenzátor C4 a C5 po 1,5 mikrofaradu, můžete dát více, řekněme 2,2 mikrofaradu, což je ještě lepší. Rezistory R7, R8 a kondenzátory C2, C1 jsou potřeba jako jakýsi filtr, který chrání před pronikáním rádiových frekvencí a šumem z počítače, možná ne výrazně, ale budiž. Rezistory R5, R6 chrání vstup operačního zesilovače, je lepší je dát, dal jsem je do 100 ohmů, ale můžete až 1 kOhm. Rezistory R4, R3 chrání výstup operačního zesilovače, můžete nastavit od 10-30 ohmů, můžete udělat více, ale proč? Rezistory R1, R2, přesněji jejich odpor neovlivňuje "singularitu" zesílení, osobně jsem nastavil 30 KΩ, ale dá se nastavit i 47KΩ. Operační zesilovač sice není nejrychlejších 20 V / μs, přesto byl výkon na desce zcela zavěšen. 100 nF a 1000 uF každý, od záporné a plusové větve napájecího zdroje k zemi a také co nejblíže k operačnímu zesilovači, mezi plus a mínus ještě jeden kondenzátor, při 100 nF. To jsou všechny detaily, jen trochu.

Po sestavení vypadá tento nárazníkový šátek takto:

Je také nutné připájet vodiče od země k pouzdru rezistoru, aby při dotyku nebylo slyšet hučení, udělal jsem to takto:

Zbývá udělat jídlo, nechtěl jsem se obtěžovat zvláště jídlem, udělal jsem to podle standardního schématu na LM7812 / LM7912. Jediné, co jsem vychytal stabilizátory, aby byla víceméně podobná napětí v ramenou. Skutečné schéma:

Nic zvláštního, jen přidáno pár detailů v podobě varistoru a odrušovacího kondenzátoru paralelně se vstupem transformátoru. V usměrňovači jsem použil diody SF26, bylo možné i HER107. Ano, rozumím, ale proč? Koneckonců, můžete něco dát jednodušším způsobem, ale cena za ně není příliš velká a nepotřebujete jich mnoho. A zdá se, že to ovlivňuje zvuk, tak jsem to řekl. Použil jsem i 2 pojistky PTC 250 mA, byly čisté. Rozhodli jste se vsadit na pojištění, nemůžete sázet.

Napájecí deska vypadá takto, přišla docela miniaturní:

Výsledkem je, že tato vyrovnávací paměť sluchátek vypadá takto:

Nyní skutečný výsledek odvedené práce, pozadí v zásadě není žádné, po sestavení není slyšet, z čeho jsem měl velkou radost :) Zvuk se zlepšil, opravdu jsem to cítil, ne že by byl nějak krásně barevný, přidaly se k tomu čistě subjektivně nízké a střední frekvence a komprese byla pryč. Hlasitost mi teď stačí paradoxně ze zesilovače bez zesílení. Jedním slovem jsem spokojen s prací vyrovnávací paměti, s tak jednoduchým schématem, stačí se pokusit sestavit :) Navíc to funguje okamžitě a nemusíte provádět žádná nastavení. Radím těm, kteří chtějí slyšet svá sluchátka novým způsobem, ale nechtějí zatím nic složitého skládat. Osobně teď přemýšlím, jak na to vyrobit pouzdro.

Seznam rádiových prvků

V souvislosti s nákupem nové zvukové karty bez sluchátkového výstupu jsem potřeboval slušně kvalitní sluchátkový zesilovač, který by dokázal pohánět mé oblíbené TDS-4. Zesilovač musel být kompaktní, snadno se montoval a nastavoval, s nízkou úrovní šumu a zkreslení. Díky tomu sestavený zesilovač splnil všechny výše uvedené požadavky.

Charakteristiky zesilovače byly měřeny pomocí programu RMAA 6. Bylo testováno rozložení jednoho kanálu (program pracoval v režimu MONO), výsledky měření:

Nerovnoměrnost frekvenční odezvy (v rozsahu 40 Hz - 15 kHz), dB: +0,05, -0,74

Hladina hluku, dB (A): -90,9

Dynamický rozsah, dB(A): 90,9

Harmonické zkreslení, %: 0,0014

Intermodulační zkreslení + šum, %: 0,010

Intermodulace při 10 kHz, %: 0,0084

Zesilovač je postaven podle operačního zesilovače + výstupní tranzistorové vyrovnávací paměti. Operační zesilovač poskytuje vysoký zisk v otevřené smyčce potřebný k potlačení nelineárního zkreslení s hlubokou zpětnou vazbou. Výstupní vyrovnávací paměť poskytuje zesílení proudu a přizpůsobuje nízký odpor cívky sluchátek nízkému výstupnímu výkonu operačního zesilovače. Obvod používá duální vysokorychlostní operační zesilovač K574UD2. Signál ze zdroje přes oddělovací kondenzátor C3 a rezistor R1 je přiváděn na neinvertující vstup operačního zesilovače. Rezistor R4 nastavuje stejnosměrný pracovní bod zesilovače. Prvky C1, C2, R2, R3 zajišťují frekvenční korekci operačního zesilovače. Výstupní vyrovnávací paměť je vytvořena podle "paralelního" schématu. Tento obvod byl vybrán, protože postrádá zkreslení přeslechů, jaké se vyskytuje u běžných push-pull obvodů. Při použití tranzistorů s blízkými parametry dochází k vzájemné kompenzaci úbytků napětí na přechodech báze-emitor tranzistorů před koncovým a koncovým stupněm. Vyrovnávací tranzistory, které jsou instalovány na společném chladiči, se vzájemně tepelně stabilizují. Operační zesilovač a vyrovnávací stupeň jsou pokryty společnou 100% DC a AC zpětnou vazbou, zesílení obvodu je 1.

Kondenzátor C3 je žádoucí použít film. C1, C2, C6, C7 - keramika. Všechny rezistory typu MLT-0.125 (nebo importované analogy). Tranzistory VT1 KT315G, VT2 KT361G, VT3 KT815G, VT4 KT814G. Jako VT1 a VT2 by bylo vhodnější použít tranzistory KT815G a KT814G z důvodů shodných parametrů a možnosti snadné organizace tepelného kontaktu všech čtyř vyrovnávacích tranzistorů. Operační zesilovač je možné vyměnit za jakýkoli jiný vysokorychlostní s odpovídající změnou v sestavě korekčních prvků a rozložení plošného spoje. Zesilovač je napájen bipolárním nestabilizovaným napájecím zdrojem. Napájecí zdroj využívá transformátor 220/20 odbočený ze středu sekundárního vinutí. Libovolný diodový můstek pro napětí 50V a proud do 1A. Je možné použít diody řady 1N4001-1N4007. Kapacita kondenzátorů C4,C5 je minimálně 1000 uF (použil jsem 4700 uF)

Správně sestavený zesilovač nevyžaduje seřízení. Je nutné zkontrolovat odběr proudu (asi 30 mA u dvoukanálového zesilovače) a konstantní napětí na výstupu.

Detaily zesilovače a zdroje jsou umístěny na společné desce o velikosti 35x78mm. Tranzistory každého kanálu jsou připojeny pomocí izolačních distančních vložek ke společnému chladiči ve tvaru U. Plocha chladiče není významná, hlavní věc je, že poskytuje tepelný kontakt tranzistorů.

Plošný spoj je jednovrstvý s propojkami, rozvedený ve Sprint Layout 5. V autorské verzi byl použit nefoliovaný textolit, díly byly osazeny do otvorů, vývody byly spojeny měděným drátem.

Literatura:

Zesilovací blok radioamatérského komplexu. A. Ageev, Rádio č. 8 1982

Stolní sluchátkový zesilovač Sapphire – http://phonoclone.com/diy-sapp.html