Главная » Усилители
Призовой фонд
на октябрь 2017 г.
1. Термометр Relsib WT51
Рэлсиб
2. 1000 руб
PCBWay
3. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
4. 100 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Линейный транзисторный усилитель для наушников

Усилитель

Предлагаемый усилитель я разработал больше из спортивного интереса. Интерес состоял в том, чтобы используя лишь распространенные транзисторы сделать однотактный усилитель с минимальной (максимально короткой) ООС, который по объективным параметрам бы не уступал усилителям в которых линейность обеспечивается сверхглубокой ООС по всему тракту с применением ОУ. Усилитель потребляет 130мА/канал и работает от нестабилизированного источника питания напряжением 12В или выше. Ток потребления практически не зависит от напряжения питания и усиливаемого сигнала. Измеренные гармонические искажения на частоте 1КГц составляют менее 0.001% при амплитуде сигнала 3В на нагрузке 34 и 68 Ома. Так же при повышении уровня питающего напряжения до 24В усилитель способен отдать амплитуду 7.5В (больше – у меня нету источника) на нагрузку 136Ом при сопоставимом THD. Отчет RMAA, который был снят со звуковой картой EMU0404USB и который можно просмотреть с помощью RMAA - в файлах статьи. На словах скажу, что если не доводить схему до крайности клиппинга - на графиках THD фигурируют первые две гармоники. Вот для примера график THD+шумы при амплитуде 3V на нагрузке 34 Ома: 

(Пики в области высоких частот и ультразвука - это помехи от работающих неподалеку импульсных БП). А вот общие цифры для измерений различных нагрузок/уровней: 

Повышенный уровень THD при 4В на 34Ома объясняется выходом схемы из режима минимальных девиаций тока коллектора в таких условиях. Попросту - не хватает тока покоя выходного каскада, т.к. 4V/34 Ома > 100mA. Замечу еще, что собственный уровень THD звуковой карты в режиме лупбэка, который следует “отнимать в уме”, составляет 0.0008%.

Аналогичные цифры выдавало и моделирование в Microcap 9. Усилитель обладает так же отличными АЧХ и ФЧХ. У меня нет инструментов, способных их корректно измерить в железе, но моделирование показывает плоскую АЧХ до мегагерца а ФЧХ - до двух сотен килогерц: 

Субъективно звук усилителя тоже порадовал, кажется он даже лучше чем звук другого устройства, в тракте которого применены не дешевые ОУ OPA2211. Хотя я привык не очень доверять субъективным ощущениям. Сегодня они одни, а завтра могут оказаться совершенно другими.

Собственно схема усилителя вот (учтите, что 1m = 1000u, то есть конденсатор, обозначенный 3.3m – это 3300мкФ): 

Схема линейного транзисторного усилителя для наушников

Функционально усилитель состоит из двух каскадов, первый – усилитель напряжения, усиливающий амплитуду в 3 раза (что я считаю в самый раз для ушника), а второй – повторитель напряжения, усиливающий ток. Каждый из каскадов имеет свою локальную короткую петлю обратной связи, обеспечивающей минимальную девиацию коллекторных токов транзисторов сигнального тракта, что и обеспечивает максимальную линейность, а так же дает дополнительные бонусы. Так, к примеру усилитель практически не чувствителен к частотным характеристикам источника питания, потому порода электролитических конденсаторов по питанию не имеет особого  значения. Единственные конденсаторы, которые желательно использовать покачественней – разделительные входной и выходной. Еще – усилитель обладает крайне низким выходным сопротивлением и в то же время ток короткого замыкания выходного каскада ограничен безопасным для его элементов значением.

Еще несколько неочевидных моментов по работе и наладке схемы:

  • Диоды D1, D2, D3 обеспечивают оптимальное смещение при значительных изменениях (12..24В) напряжения питания.
  • Резистор R2 в жизни - переменник-триммер, с помощью которого после сборки задается оптимальное смещение на выходе усилителя напряжения (узел ‘preout’), которое должно составлять примерно половину напряжения питания + 0.7В. То есть 6.7В при питании 12В.
  • C10 – желательно пленка, я использовал WIMA.
  • L1/R18 на выходе – обязательны и нужны для устойчивости усилителя при работе с длинным ушным проводом. Я намотал L1 проводом толщиной 1.2мм – 12 витков на каркасе диаметром 12мм (в качестве каркаса использовал маркер Eddin 404) Можно использовать другой провод, но мотать так чтобы индуктивность  была не менее указанной. К примеру, проводом диаметром 1мм на таком же каркасе нужно намотать 10..11 витков.
  • R17 задает ток выходного каскада порядка 110мА. Уменьшая его – можно увеличивать ток, чтобы повысить нагрузочную способность усилителя при работе на низкоомные наушники. Но греться транзисторы от этого будут сильнее. Так же значительно повышая ток покоя стоит прогнать модель – возможно при этом потребуется и подгон номиналов других элементов.
  • Резисторы R14,R17 должны быть рассчитаны на мощность не менее половины и двух ватт соответственно, чтобы выжить в режиме продолжительного КЗ выхода. Я использовал несколько SMD резисторов типоразмера 2512, но затем предусмотрел на печатке место для R17 и для их длинноногих собратьев.
  • Транзисторы требуют установки радиаторов. Я использовал радиаторы под скромным названием ‘718’, выглядящие вот так:

    Практика же показала, что при питании повышенным до 24В напряжением желательно использовать что-нибудь более массивное или же предусмотреть по больше вентиляционных отверстий в корпусе над- и под транзисторами, просверлив в плате отверстия под радиаторами (это можно, если осторожно). Радиаторы нижними краями упер  вплотную в плату, для пущей устойчивости скрепив их капелькой нейтрального силикона сверху:
     

Питание

Усилитель может питаться от не стабилизированного источника напряжением от 12В постоянки или от 9В переменки и до победы. Шутка. Я тестировал питая девайс от 9В и 18В переменки (соответственно - 12В..24В постоянки), верхний предел определяется выносливостью примененных элементов и охлаждением выходных транзисторов. К слову, моя конструкция пожалуй чересчур плотновата для питания 18В, и если планируется такое питание – надо подумать о лучшем охлаждении. Непосредственно на плате усилителя я смонтировал двойной мостик на диодах Шоттки, вход первого мостика – подключен напрямую к входным клеммам питания, второй – через два фазосдвигающих неполярных конденсатора по 1000мкФ каждый. Этот прием слегка сглаживает зубья пилы на выходе сглаживающего фильтра выпрямителя, укорачивая в итоге спектр сетевых пульсаций. Обычно с такой целью применяют CRC фильтр, но у него есть свой недостаток - на резисторе слегка проседает напряжение питания - то есть теряются драгоценные ватты, выделяясь в виде тепла в корпусе усилителя, а не в виде децибел звукового давления в ушах. Между мостиками и непосредственно схемой усилителя я установил три дросселя индуктивностью 470мкГн каждый – с целью минимизации уровня сетевых помех, если таковые будут. В результате усилитель получился достаточно всеядным – его можно питать как от источника переменки напряжением 9..18В так и от источника постоянного напряжения 12..24В, причем этим источником может выступать как 12вольтовая “зарядка”, так и бортовая сеть авто – дроссели позволяют эффективно фильтровать ВЧ помехи от таких источников.

Разумеется усилитель прекрасно сможет работать и через одинарный мостик безо всяких дросселей в питании, но уровень фона и помех, приходящих по сети (включая "земляную петлю") будет несколько выше.

В качестве “комплектного” БП я сделал на скорую руку трансформаторный БП в формате “здоровая-такая-зарядка”, всунув в корпус Z64J трансформатор TL48D-090-0555. Последний имеет две обмотки по 9В, потому я приделал сбоку переключатель и подписал его снаружи “9VAC/18VAC”. Выглядит это все так:

Защита

Поскольку в усилителе я применил выходной конденсатор с довольно большой емкостью (3300мкФ) то было бы довольно безрассудно позволять ему при включении/выключении заряжаться/разряжаться через наушники. С другой стороны применение конденсатора с меньшей емкостью может заметно подпортить ФЧХ в области низких частот, потому я решил применить схему релейной защиты наушников при включении/выключении усилителя. Обычно подобные защиты в однотактных усилителях с конденсаторным выходом делают так: контакты реле коммутируют непосредственно нагрузку, а обмоткой реле управляет схема задержки, которая подает ток на обмотку с некоторой задержкой, в течении которой конденсатор усилителя успевает зарядиться через специальный резистор. При пропадании питании эта схема просто обесточивает реле и то мгновенно отключает нагрузку. У такого варианта есть парочка недостатков, которые я решил побороть несколько нетрадиционным образом. Первый недостаток состоит в том, что обмотка реле потребляет некоторую мощность, которая приводит к небольшому дополнительному повышению теплоотдачи всей схемы. К примеру - парочка герконовых реле на 12В будут иметь общее сопротивление порядка 500Ом и потреблять примерно 0.3Вт, что с одной стороны немного, но с другой – это +10% к тепловыделению всего усилителя. Вторая проблема – контакты китайских реле, коммутируя нагрузку – могут (не)заметно подпортить звук. Как я уже писал, я решил пойти нестандартным путем и чтобы побороть эти недостатки – решил сделать схему, которая, во-первых, подает ток на обмотку кратковременно после включения и (внезапно) после выключения усилителя. Поскольку это усилитель, а не вечный двигатель, то питание обмотки после выключения я решил поддерживать мелким ионистором. Так же, чтобы исключить влияние контактов реле на качество звучания я решил вместо отключения нагрузки при помощи реле включать кратковременно параллельно нагрузке резистор сопротивлением 11 Ом, таким образом, большая часть энергии заряда/разряда конденсатора будет проходить через этот резистор, сберегая обмотку наушников от перегрева.

Схема управления защитным реле выглядит так:

Схема управления защитным реле

Она питается от своего личного мостика, что позволяет ей быстро “среагировать” на пропадание питания. Схема состоит из двух частей: на элементах R1,D3,C5,Q1,Q2 собран простейший стабилизатор на 5В, далее от этого стабилизатора запитана остальная часть схемы, включая ионистор емкостью 0.47 Ф (C4), рассчитанный на рабочее напряжение 5.5В. Ионистор имеет довольно высокое внутреннее сопротивление, потому для эффективного подавления пульсаций питания параллельно ему добавлен обычный электролитический конденсатор (C2). Реле я использовал герконовые, с обмоткой на 5В и сопротивлением 500 Ом (2 в параллели –> 250 Ом). Внутри самих реле параллельно обмотке имеется диод гашения ЭДС самоиндукции, потому обращаем внимание на положение первого вывода (оно обозначено на моей печатке цифрой 1). Схема задержки выполнена на полевых транзисторах Q3,Q4, время задержки при включении задается цепью C1R4 и пороговым значением напряжения отпирания транзисторов, которое должно быть поменьше. Помимо моделированных IRF7404 в жизни прекрасно работают и IRF7410. Полезное замечание для сборки: вначале стоит смонтировать именно часть-стабилизатор и конденсатор C2, после чего, подав на нее питание – убедиться что конденсатор C2 заряжается до адекватного напряжения 5В+-0.3, и лишь после этого – запаивать в плату остальные, более дорогостоящие детали.

Если вы надумаете собирать усилитель без такой (или какой либо другой) схемы защиты наушников от переходных процессов - следует поубавить емкость выходного конденсатора – чтобы наушникам не поплохело.

Печатки

В одном из прилагаемых архивов – печатные платы, нарисованные в Sprint Layout 6. Я старался по максимуму использовать возможности SMD монтажа, и большинство резисторов – именно такие мелкие, которые паять комфортно лишь при помощи мелкого паяльника/станции. Печатки были слегка поправлены после распайки первой модели, но все должно быть хорошо :) Печаток две: одна – усилитель с питающим его двойным мостовым выпрямителем, вторая – схема релейной защиты + выход, вход и регулятор громкости.  Для ЛУТа печатки следует отзеркалить (впрочем, печатка усилителя паяется с любого зеркального варианта). А для БП печатки нету - я ее сразу рисовал маркером на плате. В исходниках печаток указаны так же наименования моделей многих элементов, которые я применил и под которые рисовал печатки. Многие дырки в печатках (особенно – в релюшечной) – имеют неверный диаметр, то есть рассверливал до нужного диаметра я их уже по факту. Так же положение круглого бока транзисторов в корпусе TO-92 местами не соответствует реальности, тут следует ориентироваться на соответствие назначения выводов, а не на рисунок корпуса транзистора. Две печатки соединяются проводами и в моей конструкции были смонтированы одна над другой в компактном корпусе:

Провода, подключающие вход усилителя – тонкий антенный коаксиал - для минимизации наводок и паразитных обратных связей, которые  возможны в такой тесносте. Собранный девайс выглядит так:

Внешний вид усилителя

К слову, самые внимательные возможно заметили “лишний” разъем в торце. Это 4х пиновый minixlr, который подключен параллельно обычному TRS  и которым я пользуюсь со своими наушниками чтобы минимизировать влияние переходного сопротивления разъема и общего провода наушников на разделение каналов. Эргономичность размещения RCA разъемов на морде конечно сомнительна, но оно сделано так для минимизации наводок цепи питания на сигнальные провода.

В аттачах помимо архивов и результатов RMAA имеются так же файл модели усилителя для Microcap 9.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Схема усилителя
2x Q1, Q4 Биполярный транзистор
BC548C
4 именно CПоиск в LCSCВ блокнот
2x Q2 Биполярный транзистор
BC558B
2 B или CПоиск в LCSCВ блокнот
2x Q6 Биполярный транзистор
BD139-16
2 вероятно пойдет любой BD139, но я использовал именно BD139-16 от fairchidПоиск в LCSCВ блокнот
2x Q3, Q5, Q7 Биполярный транзистор
BD140
6 Поиск в LCSCВ блокнот
2x D1..D5 Выпрямительный диод
LL4448
10 Поиск в LCSCВ блокнот
D6-D13 Диод Шоттки
SS14
8 Поиск в LCSCВ блокнот
2x C6, C13 Электролитический конденсатор3300мкФ 35В4 Jamicon TKПоиск в LCSCВ блокнот
2x C14 Электролитический конденсатор3300мкФ 25В2 Jamicon TKПоиск в LCSCВ блокнот
2x C16 Электролитический конденсатор4700мкФ 35В2 Jamicon TKПоиск в LCSCВ блокнот
2x C2 Электролитический конденсатор100мкФ 25В2 Jamicon TKПоиск в LCSCВ блокнот
2x C8 Электролитический конденсатор470мкФ 25В2 Jamicon WLПоиск в LCSCВ блокнот
C17, C18 Электролитический конденсатор НЕПОЛЯРНЫЙ1000мкФ 25В2 Capxon NPПоиск в LCSCВ блокнот
2x C1 Пленочный конденсатор6.8мкФ 250В2 WIMA MKP4Поиск в LCSCВ блокнот
2x C2, C9 Пленочный конденсатор470нФ 100В4 WIMA MKS2Поиск в LCSCВ блокнот
2x C4, C12 Пленочный конденсатор1мкФ 63В4 WIMA MKS2Поиск в LCSCВ блокнот
2x C11 Пленочный конденсатор330пФ 100В2 WIMA FKP2Поиск в LCSCВ блокнот
L3, 2x L2 Дроссель на колечкеDPT470A3 (470мкГн. 3А)3 Поиск в LCSCВ блокнот
2x L1 Дроссель самодельный1мкГн2 12витков на 12мм каркасе проводом 1.2ммПоиск в LCSCВ блокнот
2x R18 Резистор лапчатый, металлопленочный
33 Ома
2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R9 Резистор лапчатый, металлопленочный
130 Ом
2 можно 100 Ом, если есть осциллографПоиск в LCSCВ блокнот
2x R17 Резистор лапчатый
6.8 Ом 2Вт
2 или две парочки SMD2512 по 13 ОмПоиск в LCSCВ блокнот
2x R11 Резистор лапчатый
3.3 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R1 Резистор SMD1206
3.6 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R4 Резистор SMD1206
56 кОм
2 или 62 кОмПоиск в LCSCВ блокнот
2x R5 Резистор SMD1206
33 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R3, R8 Резистор SMD1206
1 кОм
4 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R7 Резистор SMD1206
2 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R6, R16 Резистор SMD1206
330 Ом
4 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R12 Резистор SMD1206
3.3 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R13 Резистор SMD1206
33 Ом
2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R14 Резистор SMD2010 или SMD2512
33 Ом
2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R10 Резистор SMD1206
6.8 Ом
2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x C10 Конденсатор SMD1206NP0 240пФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x C5 Конденсатор SMD1206NP0 22пФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
C19, 2x C7, C15 Конденсатор SMD1206NP0 примерно 1нФ5 Поиск в LCSCВ блокнот
2x R2 Переменный резистор (триммер)1.5 кОм, синенький2 у некоторых ноги идут в ряд, у некоторых - треугольником, печатка рисована под треугольникПоиск в LCSCВ блокнот
2x Q6, Q7 Радиатор7184 Поиск в LCSCВ блокнот
Элементы усилителя, стоящие на плате защиты
X1 Переменный резистор (потенциометр)двойной, логарифмический, от 10кОм до 50кОм1 регулятор громкостиПоиск в LCSCВ блокнот
Разъем питания1 Поиск в LCSCВ блокнот
Разъем TRS6.3 (под джек)JC-2151 Поиск в LCSCВ блокнот
Разъем 2xRCACC-1301 Поиск в LCSCВ блокнот
Блок питания
трансформаторTL48D-090-05551 Поиск в LCSCВ блокнот
переключатель-тумблер1 для переключения обмоток: 9V/18V ACПоиск в LCSCВ блокнот
 
Схема релейной защиты
Q2 Биполярный транзистор
BC847C
1 Поиск в LCSCВ блокнот
Q1 Биполярный транзистор
BD139
1 Поиск в LCSCВ блокнот
Q3, Q4 MOSFET-транзистор
IRF7410
2 Поиск в LCSCВ блокнот
C4 ИонисторEECF5R5U4741 Поиск в LCSCВ блокнот
C2 Электролитический конденсатор2200...3300мкФ 6.3В1 Поиск в LCSCВ блокнот
4x D1 Выпрямительный диод
1N914
4 Поиск в LCSCВ блокнот
D2 Выпрямительный диод
LL4448
1 Поиск в LCSCВ блокнот
D3 Стабилитрон в MELF или SOT23 корпусе6.2В1 Поиск в LCSCВ блокнот
R2, R3 Резистор SMD2010 или SMD2512
33 Ома
6 один резистор на схеме - 3 параллельно включенных элемента на платеПоиск в LCSCВ блокнот
R5 Резистор SMD1206
62 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R4 Резистор SMD1206
560 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R1 Резистор SMD1206
10 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
C1 Конденсатор SMD12064.7 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
C3, C5 Конденсатор SMD12061 мкФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
2x L1 Герконовое релеR1-1A05002 учитываем расположение первой лапы!Поиск в LCSCВ блокнот
Кнопочный переключательПКН61 Н2-1-2-0-21 выключатель питанияПоиск в LCSCВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 1
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (5) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Atheros #
Интересная статья. Но возникает вопрос. Какой смысл делать усилитель на транзисторах если вполне хватает усилителя на CXA1622 от SONY. Ее можно питать от USB или аккумулятора от мобилки.
Ответить
0

[Автор]
misterzu #
Ну комуто может быть интересно - таки класс А с дискретом от БП до ушей, немного хитрый (и потому очень линейный) однотакт..
Если хватает CXA1622 - то конечно никакого смысла. Кстати не очень понятно почему именно она? AD8656 для этих целей смотрится лучше на первый взгляд, хотя может это только на первый взгляд.
Отредактирован 09.07.2015 21:16
Ответить
0
Atheros #
Собирал себе и друзьям на CXA1622 как маленький походный усилок для мобилки, ну и для наушников. Меня SONY подкупила чистым звуком и довольно низкой прожорливостью. На АD8656 делал предусилок для TDA2050. Но вот теперь задумался попробовать их как миниатюрный отдельным усилок, как раз валяется пару штук.
Ответить
0
redimer #
Может C2 лучше побольше а вместо Q3 - поставить что нибудь послабже, но с бОльшим усилением? Как-то странно BD140 смотрицца так далеко от выхода
Ответить
0

[Автор]
misterzu #
Увеличение С2 толку (снижение пульсаций) даст мало (при условии, что остальные конденсаторы, стоящие по питанию - как по схеме), а вот на режим усилитель будет выходить гораздо дольше после включения. Что придется учесть еще и в схеме защиты.
Я пробовал вместо BD140 ставить bc560, mpsa1145, KTA1023.. Вобщем по уровню искажению лучше всего BD140 и KTA1023 (почти одинаково). Кроме того в случае перегрузки по уровню сигнала на входе - через базу этого транзистора будет идти ток в пару сотен мА, BD140 это точно выдержит, bc560/mpsa1145 - точно сгорят, а насчет KTA1023 - не уверен. Но BD140 найти гораздо легче и он дешевле, так что выбор очевиден..
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Набор для сборки - УНЧ 2х60 Вт на TDA7294
Набор для сборки - УНЧ 2х60 Вт на TDA7294
Металлоискатель MD3010II Солнечная панель 10Вт 12В поликристаллическая
вверх