Все началось с того, что я купил новые, качественные наушники. Вскоре я наткнулся на проблему — недостаточная выходная мощность портативного MP3 плеера. Плеер до этого эксплуатировался с дешевыми китайскими наушниками. В результате пришлось собрать не большой усилитель для наушников на операционном усилителе на компонентах BUF634 и OPA627, которые позволили добиться высокого качества усиления.

Это усилитель класса А с выходной мощностью около 15 мВт при сопротивлении наушников 32 Ом наушниках, что меня вполне устроило.

BUF634 является высокоскоростным буфером, который может быть применен в цепи обратной связи операционных усилителей с целью повышения выходного тока, устранения тепловой обратной связи и улучшения емкостной нагрузки.

Основные характеристики BUF634:

• Выходной ток до — 250 мА
• Скорость přeběhu выше, чем – 2000В/µs
• Настраиваемый диапазон от — 30 до 180 Мгц
• Собственный ток цепи не превышает 1,5мА
• Напряжение питания в диапазоне от ±2,25 до ±18 В
• Встроенный ограничитель тока
• Встроенная защита от перегрева
• Доступен в исполнении DIP-8, SO-8, TO-220-5 или DDPAK-5

Вторым важным элементом усилителя для наушников является операционный усилитель OPA627 компании Texas Instruments, который относится к категории схемы с FET входом и характеризуется очень низким уровнем шума, малым напряжением смещения и большой пропускной способностью.

Основные характеристики OPA627:

• Очень низкий уровень шума: 4,5нВ/Гц при 10кгц
• Очень низкие VOS: 100µВ max.
• Температурный дрейф только 0,8µВ/°C max.
• Стабильное единичное усиление

Схема усилителя питается от сетевого источника питания 15В, на выходе которого установлены два сглаживающих конденсатора по 1000мкФ. Также можно использовать для питания адаптер или аккумулятор, например, 14В/500mA.

Для регулировки громкости применен переменный логарифмический резистор. Монтаж усилителя выполнен с применением двусторонней печатной платы. Необходимо отметить, что гарантией качества и длительного срока службы является использование качественных конденсаторов. В этих усилителей, ни в коем случае не используйте дешевые и сомнительного качества конденсаторы.

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

Вступление

Сразу откровенно скажу, что это был мой первый аудиоусилитель, а это первая моя подобная статья, и если кто-то из более опытных и знающих датагорцев увидит слабые места данного проекта, прошу сообщить мне об оных, буду премного благодарен!
Началось все с того что под новый год решил я сам себе сделать небольшой подарок, а именно наушники одной небезызвестной немецкой фирмы. Так как всю жизнь музыку я слушал либо через недорогую китайскую мультимедийную акустику либо в корейской машине, новое приобретение показалось мне просто сказкой! Музыку в новых наушниках я слушал вечера напролет. Дальше - больше, если «уши» за 50 баксов выдают такое качество звука, что если купить что-то посерьёзней, загорелся я!?
Посидев в интернете выяснил, что «серьёзные» наушники имеют сопротивление больше 32 Ом (которое я считал стандартом для всех наушников), попутно выяснил что для подобных экземпляров лучше обзавестись специальным телефонным УМЗЧ, чтобы раскрыть их потенциал. Но покупать ещё и усилитель в мои планы никак не входило. Сделаю сам, подумал я, благо моя профессия напрямую связана с электроникой.

Рис. 4 Откорректированная под себя схема усилителя

Свою же печатку я тоже подправил, вот финальная версия - рис.5. Все транзисторы поставил под один радиатор (все равно не греются сильно), освободил место под свои доработки.

Рис.5 Финальная версия печатной платы усилителя

Две черные дорожки находятся с обратной стороны платы (я их вырезал ножом после травления и сверления). Плата получилась двухслойной по другому нормально не разводилось, размер 90х110 мм.

Рис.6 Схема блока питания

Сразу возникло несколько вопросов:
- почему нет пленочных или керамических конденсаторов в выпрямителе?
- есть ли реальная польза от конденсаторов в параллель диодам моста?
- с какой целью выбраны именно такие номиналы резисторов в обвесе стабилизаторов?
Соберу - увижу, подумал я. Ну в общем – не фонтан. Как я и думал без пленочных конденсаторов в выпрямителе никуда, конденсаторы в параллель диодам в теории снижают уровень ВЧ помех, но и без них не плохо, разницы я не заметил ни на слух, ни по приборам. А вот работа схемы включения стабилизаторов мне понравилась, надо взять на заметку. При подключении усилителя прослушивался фон 100 Гц. Не буду размусоливать свои эксперименты, конечная схема блока питания, с моими корректировками (рис.7)

Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только

Рис.7 Схема блока питания с моими корректировками

Теперь блок питания меня устраивает, фон из наушников ушел. При максимальной нагрузке (1А по обоим плечам) напряжения на выходе стабилизаторов просаживаются на 10 мВ.

Моя печатка на рис. 8

Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только

Рис. 8 Печатка блока питания

Готовый к работе блок питания установленный на шасси представлен на рис.9.

Рис. 9 Блок питания усилителя

Немного о конструкции. Слепыш БП изготовлен из двухстороннего 3-х мм стеклотекстолита, т.к после травления дорожек на обратной стороне осталась медная фольга, решил её не отдирать (противное занятие), будет дополнительная экранировка. Радиатор на два стабилизатора один, опять же от старой материнской платы. В правой части платы присутствует разъем для подключения голубого светодиода (для светодиодов другого цвета нужно уменьшить номинал резистора R1 см. рис. 7). Выходные напряжения выводятся через провода, впаянные непосредственно в плату (синий жгут рис. 9). Трансформатор прикручен к плате шпилькой М6. Размер платы 90х200 мм.

Корпус

Как всегда самая трудоемкая часть проекта - корпус. Корпус полностью разборный (мое специфическое требование, кто работает на режимном предприятии - поймет:blush:) изготовлен из алюминия 2.5 мм и стеклотекстолита 3 мм. К прямоугольной пластине из стеклотекстолита, служащей шасси для прибора, припаяны латунные гайки М5. К шасси 4-мя шестигранными стойками и 2-мя винтами прикручена плата блока питания (см. рис. 9). К стойкам прикручивается плата усилителя, подключается разъем от блока питания рис. 10.

Рис.10 Сборка усилителя.

Лицевая и задняя панели изготовлены из листового алюминия, согнутого на станке. Верхняя крышка выполнена из стеклотекстолита. Боковые панели из алюминия прикручиваются в конце сборки к уголкам на шасси и на верхней крышке, они образуют своеобразные ножки.
Собранный усилитель (рис. 11) получился полностью экранированным, винтовые соединения обеспечивают надежный электрический контакт между деталями корпуса. Задняя панель содержит стандартную 3-х контактную вилку от компьютерного БП, и выключатель от туда же.

Рис.11 Собранный прибор

Кратко опишу важные аспекты сборки.

1. Все провода скручены, а те, что идут от блока питания к усилителю экранированы (на всякий случай).
2. ВАЖНО! Корпус блока питания связан с шасси в одной точке, там, где прикручивается трансформатор (поэтому шпилька крепящая трансформатор латунная)
3. ВАЖНО! Гайки разъёмов под наушники на передней панели (на них висит сигнальный корпус) изолированы от передней панели диэлектрическими шайбами.
4. Вал потенциометра электрически связан с корпусом прибора, если этого не сделать при прикосновении к валу потенциометра будут наводки в наушниках.

Дизайн получился сдержанным. Корпус окрашен матовой черной краской из баллончика (2 шт. ушло на 3 слоя). Ручка на вал потенциометра из колпачка от духов. Все винты и торцы боковых панелей, отполированы до зеркального блеска.

Наверно многие из вас сталкивались с такой проблемой, когда подключив свои наушники к MP3 плееру или телефону, громкость была недостаточной, иными словами мощности плеера или телефона не хватало для того чтобы обеспечить громкий, чистый звук. И как же быть в этом случае?

Для этого можно собрать усилитель для наушников своими руками. Его схема довольна проста и любой радиолюбитель, неважно, начинающий или опытный сможет сделать его, проявив аккуратность и внимательность.

При создании этого усилителя мне хотелось сделать его необычным, хотелось уйти в сторону от классического пластикового корпуса. Вспомнив что любители моддинга компьютеров часто делают прозрачные корпуса для своих ПК я тоже решил сделать корпус своего усилителя прозрачным. А в качестве изюминки - отказаться от печатной платы и сделать все навесным монтажом.

Разработка схемы велась в программе Eagle . Это классический усилитель на сдвоенном операционнике OPA2107 .

Ниже приведена схема усилителя для наушников своими руками:

Список необходимых деталей для блока питания усилителя:

• Разъем питания;
• Светодиод 5 мм (любого цвета);
• R1LED - резистор номиналом от 1К до 10К (1 Вт);
• CP1, CP2 - электролиты 470 мкФ (на напряжение 35 или 50 Вольт);
• RP1, RP2 - 4,7К (1 Вт);

Список деталей для усилителя:

• IC1 - сдвоенный операционный усилитель OPA2107;
  (примечание - на принципиальной схеме операционный усилитель обозначен как OPA2132, дело в том что вначале я планировал использовать его);
• C1L, C1R - 0.68 мкФ 63 В (для входного аудио сигнала);
• C2, C3 - 0,1 мкФ (пленочные, для стабилизации операционного усилителя);
• R2L, R2R - 100К (0,5 Вт);
• R3L, R3R - 1К (0,5 Вт);
• R4L, R4R - 10К (0,5 Вт);
• R5L, R5R - перемычка (не обязательно);
• Стерео джек - 2 шт;

Так как я решил сделать все навесным монтажом, то я приступил к изготовлению каркаса. Здесь вам понадобятся аккуратность и внимательность, т.к. корпус будет прозрачным и любые недочеты сразу же будут видны.

Для шины питания я использовал одножильный медный провод, 1 мм толщиной, взятый из обрезков кабеля которые использовались для домашней электропроводки.

В качестве блока питания отлично подойдет любой трансформаторный блок питания с напряжением 12 Вольт и выходным током от 300 мА. Желательно использовать трансформаторный БП, так как использование импульсных может привести к наводкам (будет слышен постоянный гул в наушниках).

Для разъема питания я использовал вот такой разъем: (центральный контакт это плюс питания).

Для того чтобы формировать одинаковые выводы резисторов и проводов я использовал обычную отвертку. Вы можете использовать разные диаметры для больших или меньших радиусов.

Немного ниже вы можете увидеть разводку блока питания. На входе у блока питания 12 Вольт, которые затем с помощью делителя напряжения (резисторов RP1 и RP2, по 4.7 кОм) превращаются в +6 Вольт и −6 Вольт. Дело в том, что для операционного усилителя необходимо двухполярное питание. Провод в центре - это так называемая «виртуальная земля», которая ни в коем случае не должна соединятся с настоящей землей (на разъеме питания).

Два больших конденсатора на 470 мкФ 50 Вольт в паре с конденсаторами по 0,1 мкФ необходимы для того, чтобы уменьшить наводки на ОУ и повысить стабильность его работы. Для этого нужно постараться расположить их как можно ближе к выводам ОУ.

Вот еще несколько фотографий с разных ракурсов, на которых видно как я выполнил монтаж.

После того, как вы закончили пайку можно приступить к проверке усилителя. Небольшой совет, для проверки не нужно использовать свои самые классные наушники, достаточно каких-то простых. Дело в том, что если Вы где-то запутались и припаяли детали не по схеме, то вполне возможен такой вариант при котором вы испортите свои наушники. Но надеюсь что при проверке у вас все будет хорошо.

Так как усилитель в дальнейшем будет заливаться эпоксидной смолой, то я решил немного приподнять его, чтобы при заливке он оказался точно по центру корпуса. Для этого я припаял небольшие выводы снизу.

Я подумал что было бы неплохо еще чуть-чуть облагородить дизайн усилителя и поэтому решил распечатать наклейки на аудио разъемы. Я подготовил их в Adobe Photoshop , затем распечатал на тонкой фотобумаге и приклеил к разъемам на двусторонний скотч.

В течении некоторого времени я размышлял над дизайном корпуса и материалом из которого будет сделана форма для заливки. Я остановил свой выбор на 1,5 мм пластике, он отлично режется обычным канцелярским ножом, оставляя при этом очень ровный край.

Затем я разработал форму для заливки, используя все тот-же Eagle . Вырезав все части я приступил к сборке. Для того чтобы облегчить эту процедуру я сначала прихватил все углы с помощью суперклея, затем 2 раза проклеил каждый шов, что обеспечило полную герметичность.

Самый простой способ узнать объем эпоксидной смолы для заливки это залить форму водой, а затем вылить содержимое в чашку и узнать получившийся объем и вес. Конечно, можно измерить объем с помощью линейки - но способ с водой показался мне проще.

Для заливки я использовал прозрачную эпоксидную смолу. Конкретно для этой смолы соотношение отвердителя и смолы должно быть 1: 50. Было довольно сложно отмерить такое малое количество отвердителя, для этого пригодились ювелирные весы. А вообще же, для разных марок эпоксидных смол соотношение отвердителя и смолы различается, смотрите инструкцию.

Смешанную смолу необходимо медленно вливать по стенке формы, для того чтобы избежать появления пузырьков. На картинке ниже видно что при заливке смолы я налил немного больше чем требуется, смола при этом не выливается благодаря поверхностному натяжению. Это нужно потому что эпоксидная смола при затвердевании немного уменьшается в размерах.

При затвердевании эпоксидной смолы происходит обильное выделение тепла (в моем случае температура была 62 градуса). Затем форма накрывается, для того чтобы предотвратить попадание пыли и мусора на поверхность.

Я оставил затвердевать эпоксидную смолу на сутки. По прошествии этого времени она высохла и я приступил к снятию формы. Для этого я использовал ленточную шлифмашину.

Затем с помощью фрезера я сточил фаски и все острые углы.

Для полировки корпуса я сначала использовал наждачную бумагу с зернистостью 600, а окончательную полировку проводил «на мокрую» 1200-й мелкозернистой наждачкой.

Ну и напоследок вот еще несколько фотографий готового усилителя для наушников своими руками:

Теперь вы знаете, как сделать усилитель для наушников своими руками.

— 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.