Усилитель для наушников, чуть сложнее. Высококачественный усилитель для наушников на микросхеме TDA2003

29.08.2019

Схема усилителя для наушников, которая точно заслуживает внимания. Минимум компонентов и хорошее схемотехническое решение.

Схема усилителя для наушников

Скитания по по бескрайним просторам помойки кладезя знаний - интернету, привели к интересной находке. Это был PDF файл от компании Burr Brown. С него и родилась идея создать усилитель для наушников.

Дословно перевести название, с языка потенциального врага, можно следующим образом: Удвоение выходного тока в нагрузку двумя аудио ОУ OPA2604 .

Файл состоит из двух страниц, где ценность представляет только первая. Представленная там схема усилителя для наушников была перерисована и избавлена от лишних надписей.

Знакомьтесь, это будущее сердце нашего усилителя. А если быть точнее- схема одного канала.

Интересность этой схемы заключается в том, что оба операционных усилителя усиливают один и тот же сигнал. При этом их выходные токи складываются. Это решает проблему недостаточного выходного тока многих ОУ.

Усиление сигнала определяют резисторы R 1 и R 2 . Точное значение коэффициента усиления определяется формулой:

K= 1+ R 2 /R 1

Если ориентироваться на линейный выход с уровнем сигнала в 1 вольт, то для большинства наушников коэффициент усиления равный трем будет с хорошим запасом.

Удобно использовать резисторы одного номинала. В моем случае в качестве R 2 был установлен резистор на 15 кОм, а в качестве R 1 два резистора по 15 кОм параллельно.

Для изменения коэффициента усиления лучше менять резистор R 2 . Для схем на ОУ обычно рекомендуется использовать резисторы в диапазоне 1-100 кОм. А вот R 1 будет выполнять еще одну функцию, поэтому все же желательно использовать 7.5кОм.

Резисторы R 3 и R 4 сопротивлением по 51 Ом нужны, чтобы не спалить выходы операционных усилителей.

Доводим схему до ума

Представленная в документе схема несколько неполная и отражает лишь самое главное. Для нормально работы следует дополнить схему и добавить входные цепи. Так же параллельно резистору R 2 следует добавить конденсатор (C 2) небольшой емкости. Он нужен для исключения самовозбуждения ОУ.

Чтобы не изобретать велосипед, входные цепи были позаимствованы у усилителя для наушников FiiO Olympus E10. Так же на схеме теперь обозначены выводы для сдвоенного операционного усилителя в корпусе DIP8.

Я не сторонник конденсаторов(C 1 ) по входу. Однако не всегда известно каков будет источник сигнала, и насколько там возможно присутствие постоянного напряжения. Желательно его установить, чтобы втыкать усилитель куда вам заблагорассудится. НО при желании его можно и закоротить.

Еще немного улучшений

Для того чтобы не нагружать усилитель усилением инфранизких частот, которые ни нам ни ему не нужны — мы добавим еще один конденсатор. На звуке это отразится только в лучшую сторону.

, образованная конденсатором С 3 и резистором R 1 будут отсекаться частоты ниже 10 Гц. Так же это уменьшит напряжение раcбаланса ОУ по входам. А оно, к слову, тоже усиливается и подмешивается в выходной сигнал.

На схеме так же был несколько изменен выход. Номиналы R 3 и R 4 были снижены, а последовательно с ними включен резистор R 5 , сопротивлением 10 Ом. Это обеспечит лучшее суммирование выходных сигналов. Резистор R 5 призван так же сделать АЧХ более линейной. Хотя она и так линейна, но кашу маслом не испортишь:-).

Желательно, чтобы в качестве конденсаторов C 1 и С 3 была установлена прославленная для звуковых цепей Wima, но можно обойтись и другими неполярными конденсаторами приличного качества. Емкость в 2 — 2.2 мкФ для обоих конденсаторов будет достаточной.

Качество компонентов

Для начала можно поставить что-то из ассортимента ближайшего магазина радиодеталей, а постепенно заменить их более качественными компонентами. Плата будет работать на любых деталях.

Цены на операционные усилители лежат в широких пределах и не всегда дороже значит лучше для звука. Для начала можно будет установить что-то недорогое и доступное, например любимую многими NE5532(0.3$). Очень желательно чтобы она была производства Филлипс.

В последствии с заменой ОУ можно будет играться сколько хотите. Если рассматривать ОУ классом повыше, то для звука хорошо себя зарекомендовали OPA2134, OPA2132, OPA2406, AD8066, AD823, AD8397….

Не рекомендую заказывать микросхемы с АлиЭкспресс и в прочих китайских магазинах. Довольно много отзывов, в которых люди сообщают, что микросхемы не оригинальные. Да ОУ будет работать, как ему и положенно, но это может быть совсем не OPA2134, который вы заказывали, а довольно дешевая TL061 с надписью OPA2134 …

Питания усилителя

Для звука очень важно качество питания. Данная схема расчитана на двухполярное напряжение питания. Это избавляет нас от необходимости добавлять лишние детали в звуковой тракт, и в целом лучше для звука.

С одной стороны лучше использовать более высокие напряжения питания ОУ. С другой стороны портативная конструкция и использование аккумулятора накладывают ограничения.

Есть ОУ работающие от ±1.5В, но большинство операционников работают при двухполярном напряжении питания от ±3В до ±18В. Оптимальным можно назвать напряжение в ±12В, которое входит в пределы питания большинства ОУ. Точные значения следует смотреть в документации на конкретные микросхемы.

П.С.

Рассмотренная схема привела к идее создания портативного усилителя для наушников. Так родился проект Vol.X , смыслом которого стало желание дать готовую инструкцию как быстро и просто собрать усилитель самому.

Материал подготовлен исключительно для сайта

Не все звуковые платы могут обеспечить громкое и качественное звучание, и тогда вам на помощь придет усилитель для наушников. Причиной сборки усилителя для наушников может быть недостаточная громкость (основная причина), или некачественное звучание (большие искажения в звуке/музыке). Чтобы повысить громкость и качество звука, достаточно просто последовательно со звуковой платой подключить дополнительный выходной каскад который мы видим на схеме ниже:

Коэффициент гармоник при линейной АЧХ от 20 Герц до 20 кГерц такого усилителя составляет всего 0,1 % и применить такой усилитель можно не только для звуковой платы компьютера, но и для маломощных приборов, таких как радио, мобильный телефон, мп3 плейеры, ноут и нетбуки.

Давайте пройдемся теперь по схеме. В таком 2-ух каскадном УНЧ применены транзисторы с меньшим уровнем собственных шумов, что влияет на качество работы усилителя. Транзисторы можно применить любые, главное чтобы п-н-п или н-п-н переходы совпадали и мощности транзисторов были одинаковы и транзистор Т2 нужно установить на радиатор площадью 5-8 см2, потому что в состоянии покоя проходит ток 120 мА и будет нагревать транзистор Т2, что может привести к перегреву или вовсе сгореть. (например, Т1 можно поставить КТ361, КТ3107, а Т2 ставим КТ805, КТ815). В качестве радиатора прикрутите любую алюминиевую или медну пластину, чтобы был хороший теплоотвод. Для более мощных усилителей можно применить кулер, который будет охлаждать радиатор. Цепь обратной связи состоит из элементов R6, R7, С5. Транзистор Т2 работает в режиме класса А. Резисторы R1 и R2 должны быть не менее2 ват, остальные резисторы по 0,25 ват.

Теперь рассмотрим источник питания для питания усилителя. Если вы собираетесь питать от сети, то вам обязательно нужно будет собрать питающий блок питания (источник питания). Трансформатор любой небольшой током вторички не менее 250 мА и напряжением вторички 16-24 вольт. Далее собираем выпрямитель напряжения, который можно собрать из 4 любых диодов, которые рассчитаны на токи не менее 250 мА и напряжение 25 вольт (но всегда лучше брать с запасом?). А можно приобрести готовый диодный мост на радио рынке. Далее после диодного моста собираем стабилизатор напряжения. Стабилизатор напряжения нужен для того, чтобы при басах звук в наушниках не проседал, т.е. чтобы напряжение не скакало и при этом звук не искажался. Транзисторы установить любые средней мощности, например: КТ805, Кт817, КТ815, КТ803. Транзистор обязательно крепим на радиатор. Далее, конденсаторы С4, С5, С6 служат в качестве фильтра, которые убирают шумы. Резисторы R4 и R5 играют роль ограничения тока на базу транзистора, тем самым установив определенный коэффициент усиления. К базе транзистора мы видим стабилитроны. Если нам нужно напряжение 15 вольт на выходе, то ставим стабилитрон на 15 вольт, если на 20 вольт, то ставим на 20 вольт, но в данном случае на 15 вольт. Мы видим 2-а стабилитрона марки Д814А, которые соединены последовательно и каждый из которых рассчитан на напряжение 7,5 вольт (т.е. в сумме мы получаем 15 вольт (7,5+7,5=15)). Еще обратите внимание, что напряжение, подаваемое на стабилитроны должно превышать на 1-1,5 вольта для нормальной их работы. Схема БП ниже:

Если вы хотите еще большего качества звучания, то советую собрать вам еще одну небольшую самую простую схемку, которая называется регулятор тембра. Регулятор тембра поможет вам корректировать музыку/звук при прослушке (например, можно прибавить больше басов или наоборот вообще убрать их и так можно делать с любой частотой). Глубина регулирования частот такой схемки составляет 20 Децибел. В данную схему внесен дополнительный каскад на транзисторе (транзисторы КТ315, КТ342), который компенсирует потери напряжения для нормальной работы усилителя. Питать эту схему будет от стабилизатора, которым питаем усилитель. Просто нужно параллельно питающим проводам усилителя подключить питающие провода нашей схемки. Резисторы по 47 кОм, если для стерео, то сдвоенные. На выход нужно будет установить добавочное сопротивление, так как выход очень чувствительный и мы должны погасить эту чувствительность. Резистор подбираем в пределах 10…150 кОм до наиболее качественного звучания. Принципиальная схема темброблока:

Теперь подключаем в звуковой плате темброрегулятор, после темброрегулятора подключаем усилитель и с усилителя идем на наушники)) Усилитель не требует ни какого налаживания – все работает сразу! И самое главное, провод который идет со звуковой платы на усилитель/темброрегулятор, этот провод должен быть экранирован чтобы уменьшить фоновый звук. Экранировка представляет собой провод, который окружен металлической сеткой. Плюсовой провод пускаем внутрь, а минусом экранируем плюс, т.е. минут припаеваем к сетке этой.

Если у вас есть крутые мониторные уши и старая мобилка с мп3 плеером, которая не способна «раскачать» наушники, то эта статья для вас!

Собственно что необходимо для сбора усилителя:

Минимальный набор:

Сама микра TDA 2822 (также можно модификации 2822 М/S или ее аналог КА 2209 )
4 электролитицеских конденсатора 16в – 100 мф (ну вобше кондеры как масло в каше – больше лучше но для наушников 100 мф отличное соотношение размер/качество)
проводки легче разноцветными 20-25 см достаточно с головой.
Паяльник и все для пайки
прямые руки и трезвая голова приветствуется 🙂

Расширенный набор (необязательно) :

гнездо для наушников (можно выдрать с китайского радио)
маленький выключатель (с того же радио)
ферритовые кольца (выдрать можно с усилителей от антенн «сеток»)
Текстолит и все для его травления
Старый утюг
Дрель с тонким сверлом

лазерный принтер, текстолит и все для его травления (если есть желание для сборки на плате)

Перейдем к сборке: Для тех кто не хочет заморачиваться печатными платами можно собрать усилитель навесным монтажом т.е на весу без платы, но конструкция будет хрупкая и ее либо придется прятать в коробок либо все таки собирать на плате.

Навесным монтажом собираем по схеме

Для сбора на плате потребуется текстолит его предварительно зачищаем спиртом или любой другой обезжиривающий жидкостью и ставим сушиться.

нарисовав просто копируем нашу схему несколько раз.

Делаю я для того чтоб после перевода на текстолит выбрать самую удачную версию и травить, чтобы не печатать заново.

Обрезаем края чтоб они нам не мешали.

Сторону где есть печать желательно не трогать.

далее прикладываем напечатанную сторону бумаги к очищенной стороне текстолита и придавливаем это все нагретым утюгом (утюг ставить на макс) 20 – 25 сек. Не думайте что от долгого держания тонер лучше переведется, напротив он станет хрупким и будет крошиться.

По мере намокания бумаги легенькими круговыми движениями своеобразными шариками удаляем бумагу.

Еще раз хорошенько промываем плату (чтоб отодрать ворсинки).

Далее разводим раствор хлорного железа (продается на радио рынках) . Сори но в этот момент на моем теле умерла зарядка ….. и мне было лень ждать его заряда когда раствор ХЖ уже остывал …
Бросаем нашу плату в раствор.

Время травления зависит от температуры жидкости и ее насыщенности ХЖ.

Тем не менее плата после травления выглядит так:

Смываем тонер с дорожек и лудим (для тех кто в танке покрываем слоем олова) его.

Перед лужением я покрываю плату
спирто -канифолиевым раствором после этого плата прекрасно лудиться. На фото отчетливо видна как ужасно выглядит моя плата все из за того что когда смывал после травления тонер протёр пару раз наждачкой что аж дорожки некоторые порвало местами и чтоб не было разрыва в цепи оставил толстый слой олова (но когда тоньше все же выглядит красивее). Далее пробиваем дырочки и собираем.

Думаю дальше не возникнет проблем. На фото видно что микросхема установлена со стороны дорожек, это не совсем правильно, я делал это по тому что у нас на рынке много не рабочих микрух попадалось и выпаивать их с другой стороны было не очень удобно (то дорожку порвеш то еше что) пришлось извращаться. Этот усилитель я использую для компьютерных ушей, его невидно по этому не оч старался делать его красивым.

Неудовлетворённость качеством воспроизведения музыкальных композиций звуковой картой компьютера заставило взяться за изготовление настольного усилителя. Решил, что это будет простой самодельный усилитель для наушников, собранный по классической схеме на одном .

Однако есть замечание. Этот усилитель подходящим будет только в том случае, когда входной сигнал не требует усиления по напряжению (например, выход достаточной силы дают МП3 плеер или компьютер). Также, любой шум, возникающий в блоке питания, будет идти прямо через усилитель. По этой причине, необходимо использовать только стабилизированный источник питания. Диапазон выходного напряжения 10-20 В и ток 750 мА. Здесь используется N-канальный МОП - транзистор с обратным диодом для работы в ключевом и линейном режиме IRF610. В процессе изготовления усилителя было опробовано применение и других транзисторов: IRF510, IRF611, IRF612 и IRF710, все без исключения работали хорошо. Рекомендую не использовать IRF530 и IRF540 (обычно встречаются в источниках питания). Используемый LM317 - стабилизатор с регулируемым выходным напряжением позволяет очень точно настроить выходные параметры блока питания.

Так как этот усилитель будет находиться на рабочем столе в производственном офисе, он должен обязательно вписываться в рабочую обстановку. Повезло, что имелся вышедший из строя внешний CD-ROM, его дизайн подходил идеально. К тому же в его корпусе уже имелся выключатель, адаптер питания, розетка RCA и входы на задней панели, а также разъем для наушников на передней панели.

При изготовлении усилителя были использованы только те электронные компоненты и комплектующие, которые имелись в наличии. Обычные резисторы и плёночные конденсаторы. Конденсаторы ёмкостью 1 мкФ, 0.47 мкФ и 0,1 мкФ полипропиленовые. Но никто не мешает использовать и более качественные детали.

Радиаторы охлаждения имеют сравнительно небольшой объём охлаждающей площади, но обращаю внимание на то, что они прикручены напрямую к металлическому корпусу, который также принимает участие в рассевании тепла. Объём меньшего по размеру радиатора примерно 1,75 квадратного дюйма. Обязательно изолировать MOSFET и регулятор от радиаторов.

Работа усилителя была опробована при помощи регулируемого блока питания, он включался на низком напряжении. Смещение задается при помощи переменного резистора сопротивлением 100 кОм. Усилитель показал хорошую работу во всём интервале напряжения от 10 до 20 В, но всё же именно качественное воспроизведение звука начиналось при напряжении питания более 13 вольт.

Далее работа усилителя была проверены при помощи USB осциллографа. Это DSO-2150 с 60 МГц пропускной способностью и максимальной частотой дискретизации 150 мк/с. Увиденная синусоида показала себе с лучшей стороны от 20 Гц до 20 кГц.

Меандр 100 Гц

Прямоугольный 4800 Гц

Зелёного цвета входной сигнал, а желтый выходной. Мощность сигнала моего генератора не велика и это отражается на качестве исходных волн. Если сравнивать входное напряжение и выходное напряжение вы увидите, что коэффициент усиления цепи составляет около 0,8. Видно, что при 100 Гц присутствует легкий наклон. Наклон постепенно уменьшается, а частота увеличивается и за его пределами около 300 Гц квадрат волнового отклика отличный до 20 кГц - предела сигнала генератора. Поскольку музыка состоит в основном из синусоид это не проблема. Так как для регулировки громкости будут использоваться МП-3 плеер или компьютер, нет необходимости в потенциометре. Ещё один УНЧ, но уже с применением ламп, можно .

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.