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

Если вы являетесь счастливым обладателем лампового усилителя , то, скорее всего, при желании послушать любимые композиции единолично, через наушники, вы сталкиваетесь с неудобством, вызванным отсутствием выхода на головные телефоны.

Да и обладателям дорогих или не очень смартфонов и планшетов тоже приходится несладко — эти аппараты чаще всего не в состоянии раскачать качественные высокоомные наушники . Поэтому любимые композиции звучат совсем не так, как на профессиональной аппаратуре.

Конечно, если вы истинный меломан и музыка для вас дороже денег, то вас ни что не остановит от покупки предварительного усилителя за 6000 $, усилителя для наушников за 5000$ и самих наушников за 2000$. И погрузиться в нирвану... Однако, если ситуация с деньгами не такая радужная, или вы любите всё делать своими руками, то, оказывается, можно собрать высококачественный усилитель для наушников всего за... 30$.

А зачем он вам???

А нужен ли вам прецизионный усилитель? Это зависит от ваших музыкальных пристрастий и привычек. Если вы привыкли слушать музыку «на бегу», то есть с портативных устройств на прогулке, пробежке, в тренажерном зале и других подобных местах, то описываемый ниже проект не для вас. Просто постарайтесь подобрать к своему аппарату максимально подходящие по характеристикам и звучанию наушники.

Точно также следует поступить, если вы любите музыкальные стили, где присутствуют сильные искажения сигнала, типа рока, хеви-металла и подобные.

Тем не менее, если вы предпочитаете слушать музыку в тихой уютной обстановке у себя дома или в офисе, и ваши вкусы тяготеют к живой и натуральной музыке типа классической, джазовой, или чистому вокалу, вот тогда вы сможете по достоинству оценить качество звучания и точность связки прецизионный усилитель плюс высококачественные наушники.

Варианты

Допустим, вы решили, что усилитель для наушников вам необходим. Каков следующий шаг? В Интернете можно найти массу проектов с использованием вездесущего LM386 . Микросхема стала популярной благодаря высокой надёжности, низкой стоимости, возможности работать с однополярным питанием и малому количеством внешних элементов. Такие усилители обычно хорошо справляются с недорогими наушниками, но все эти достоинства меркнут, если сравнить уровень шумов и искажений LM386 и хорошо спроектированного усилителя на дискретных элементах или на специализированных микросхемах.

Если у вас найдётся около 30$ и не пугает работа с элементами для поверхностного монтажа (SMD-элементы), то представленный здесь проект именно то, что нужно.

Идеи и схема

При проектировании данной схемы брались в расчёт следующие моменты:

• Усилитель должен работать с относительного высокоомным выходом лампового предусилителя или усилителя электрогитары. Другими словами, входное сопротивление должно быть легкоперестраиваимое для источников с разным выходным импедансом.
• малое количество компонентов. Поэтому были выбраны микросхемы вместо транзисторов.
• небольшие усиление и мощность. Требуется раскачать чувствительные динамические наушники , а не акустическую систему.
• усилитель должен справляться с высокоомными наушниками. Автор использует Sennheiser HD 600 (сопротивление 300 Ом).
• получить максимально низкие шумы и искажения.

Принципиальная схема прецизионного усилителя для наушников представлена на рисунке:

Увеличение по клику

При разработке этой конструкции рассматривались микросхемы таких производителей как National Semiconductor, Texas Instruments и другие. Масса полезной информации была найдена на ресурсах Headwize и форумах DiyAudio.

В результате, выбор пал на прецизионный драйвер для наушников от Texas Instruments TPA6120A2 и операционные усилители AD8610 отAnalog Devices для входного буфера.

Схема получилась относительно простой, с двухполярным питанием. Если вы уверены в отсутствии постоянной составляющей на выходе вашего источника сигнала, то разделительные конденсаторы (С24 и С30) могут быть исключены из тракта с помощью перемычек Н1 и Н2.

Блок питания обеспечивает на выходе напряжения ±12В при нагрузке до 1А. Его схема представлена на рисунке:

Увеличение по клику

Часто в аудиофильских конструкциях стоимость блока питания в несколько раз превышает стоимость самой усилительной части. Здесь получилось немного лучше — стоимость элементов для блока питания составляет примерно 50$ и самые дорогие элементы здесь трансформатор и электролитические конденсаторы. Можно немного сэкономить, если заменить тороидальные трансформатор на обычный Ш-образный, отказаться от светодиодов и предохранителей на выходе блока.

Была опробована версия с отдельными стабилизаторами для каждого канала TPA6120A2 (микросхема имеет отдельные выводы питания для каждого канала). Разницу ни услышать, ни измерить не удалось, что позволило существенно упростить блок питания.

Так как все, используемые в усилителе микросхемы, имеют низкую чувствительность к шумам и помехам по цепям питания, а также высокий уровень подавления синфазных помех, то применение в блоке питания типовых интегральных стабилизаторов оказалось достаточным для получения высоких характеристик.

TPA6120A2

Микросхема TPA6120A2 от Texas Instruments представляет собой высококачественный усилитель для наушников высокой верности. В ней используется архитектура усилителя с дифференциальным входом, несимметричным выходом и обратной связью по току. Именно благодаря в большей мере последней получаются низкие искажения и шум, широкая полоса частот, высокое быстродействие.

Микросхема содержит два независимых канала с отдельными выводами питания. Каждый канал имеет характеристики:

• выходная мощность 80 мВт на нагрузке 600 Ом при питании ± 12В при уровне искажений+шум 0,00014%
• динамический диапазон более 120 дБ
• уровень сигнал/шум 120 дБ
• диапазон напряжения питания: ± 5В до ± 15В
• скорость нарастания выходного напряжения 1300В/мкс
• защиту от короткого замыкания и перегрева

Для сравнения уровень искажения+шум у «народной» микросхемы LM386 составляет 0,2%. Хотя, конечно, высокие параметры ещё не гарантируют качественно звучания. Для получения максимального результата надо учесть рекомендации производителя по выбору внешних элементов и топологии печатной платы. Всё это можно найти в технической документации на данную микросхему.

AD8610

Микросхема AD8610 от Analog Devices представляет собой операционный усилитель с полевыми транзисторами на входе, что даёт низкое напряжение смещения и дрейфа, низкий уровень шумов, малые входные токи. По уровню шума и скорости нарастания выходного напряжения эти операционные усилители отлично гармонируют с TPA6120A2.

Однако, не поленитесь и попробуйте их заменить другими ОУ. По расположению выводов AD8610 совместимы с другими аудиофильскими микросхемами. Тем более, что многие меломаны утверждают, будто слышат разницу в звучании ОУ!

Пассивные компоненты

Не все резисторы одинаковые! И если вам позволяет бюджет, используйте в данной конструкции металлоплёночные резисторы, которые несколько дороже, но имеют ниже шумы и выше стабильность. При желании сэкономить металлоплёночные резисторы следует поставить хотя бы во входных цепях (у AD8610), где чувствительность к шумам самая высокая.

Конденсаторы на пути сигнала С23, С24, С29, С30 лучше поставить плёночные. Конденсаторы по цепям питания микросхем производитель рекомендует керамические.

Основное требование к сигнальным разъёмам — надёжный контакт. В своей конструкции автор использовал обычный «джек» для подключения наушников и позолоченные RCA-разъёмы с тефлоновой изоляцией для подключения сигнального кабеля.

На принципиальной схеме показан вариант усилителя для работы от лампового предварительного усилителя, в котором осуществляется регулировка громкости. Если конструкцию предполагается сделать более гибкой и универсально, то, конечно, на входе желательно предусмотреть свой регулятор громкости. Для достижения максимального качества и чтобы не ухудшить характеристики усилителя здесь следует применить качественный потенциометр.

Бюджетной версией может быть изделия фирмы Alpha или RadioShack стоимостью около $3. За 40$ можно приобрести уже изделие аудиофильского класса от ALPS. Наилучшим решением будет использование галетного аттенюатора от DACT или GoldPoint. Их стоимость составляет примерно 170$. Кстати, на eBay можно найти подобные аттенюаторы китайского производства всего за 30$. Номинал потенциометра может быть в пределах 25-50кОм. Использование шагового аттенюатора кроме удобства регулировки громкости дополнительно гарантирует идентичность регулировки в обоих стереоканалов, что в усилителе для наушников особенно важно.

Конструкция

Все элементы конструкции (кроме силового трансформатора) размещаются на одной печатной плате. Если вы решите использовать внешний блок питания или собрать его по другой схеме, около 70% печатной платы останутся свободными.

Схема расположения элементов представлена на рисунке:

Увеличение по клику

На рисунке представлен чертёж печатной платы со стороны деталей:

Увеличение по клику

На рисунке представлен чертёж нижней стороны печатной платы:

Увеличение по клику

Чертежи печатных плат в народном формате SLayout можно забрать

Главная особенность монтажа: на корпусе с нижней стороны TPA6120A2 есть контактная площадка примерно 3×4мм. Она должна быть припаяна к площадке на печатной плате под микросхемой, которая служит теплоотводом.

Фотография готовой конструкции:

При первом включении следует вынуть два предохранителя на выходе источника питания и убедиться в его работоспособности. Если выходные напряжения в норме, верните предохранители на место. Сам усилитель в наладке не нуждается.

Разместить плату можно в корпусе подходящих размеров, желательно металлическом для экранирования от внешних помех.

Заключение

Субъективно усилитель звучит на одном уровне с профессиональным студийным оборудованием. При сравнении с LM386 эта конструкция показала более ровное, чистое и детальное звучание.

Схема получилась довольно гибкой и легко настраиваемой под различные нужды. Так, например, сам автор собрал два экземпляра усилителя. Один по приведённой схеме для эксплуатации совместно с ламповым предусилителем. Второй экземпляр был рассчитан на работу со смартфоном и гитарным усилителем, потому был дополнен на входе фильтром высокочастотных помех и регулятором громкости. Кроме того, для повышения усиления (смартфон выдавал недостаточный уровень сигнала) были изменены номиналы резисторов R6 и R14 на 2кОм.

Изменяя номиналы этих резисторов, вы можете менять коэффициент усиления в широких пределах.

Вариант печатной платы усилителя от наших «друзей-марсиан», рассчитанный на установку элементов в «стандартных» корпусах (используемых в конструкции микросхем в DIP-корпусах не существует):

Анимированная демонстрация платы во всех ракурсах

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.

Высокотехнологичный корпус из изоленты. Изначально плату делал под термоусадочную трубку - но буквально миллиметра не хватило, не влезло. Ну, тем не менее, мне нравится.

Цена вопроса

Кусочек одностороннего текстолита: 2 рубля
MAX9724 - 7.78 рублей
4 резистора - 0.07*4 = 0.28 рубля
Конденсаторы - 0 (даже если покупать, ~30 рублей макс.)
Разъемы - 0 (если покупать, ~20-30 рублей)
Изолента для хайтек корпуса - 1 рубль

Итого - это ровно 11.06 рубля для меня, и порядка 61.06 рублей если все покупать:-)

Результаты

Конечно, я сразу наткнулся на известную проблему: при работе с аудио к одной земле нельзя подключаться в двух местах (земля USB и земля звукового разъема). В этом случае по земле пролазят помехи, которые отфильтровать невозможно, и никакой стабилизатор питания тут не поможет. (проблема в том, что у USB - свой уровень земли, у звука - свой, и у нашей платы свой. В зависимости от потребляемого тока земля приподнимается везде по разному и это дает неустранимую помеху).

Решить эту проблему можно или избавившись от звукового подключения (USB DAC) или от питания (аккумулятор или другой блок питания). Использование блока питания с USB выходом меня полностью устроило в связи с тем что они везде есть и стандартны.

Конечный результат - выше любых ожиданий. Никаких нареканий на качество, абсолютный 0 шума, комфортный уровень громкости - от 22 до 40%, и запас для «вытягивания» тихих записей. Звук смачнее (главное помнить, что басы тут от 0Гц) и все такое, да и вообще - аудиодевайсы сделанные своими руками всегда особенно хорошо звучат:-)

От готовых китайских девайсов (вроде того-же FiiO E3) отличает более низкая цена (sic!), сборка с комплектующими «с запасом», отсутствие конденсаторов в аудио тракте, большая мощность при работе с высокоомными наушниками (300 Ом) за счет более высокого напряжения питания ну и качество звука в теории обещает быть выше (на практике я бы вероятно не услышал разницы).

PS. Как я выше упоминал - усилитель нужен не для того чтобы портить себе слух сверхвысокой громкостью (не говоря уже о порванных наушниках ), а для раскачки «тяжелых» наушников с низкой чувствительностью, если выход звуковой карты слишком дохлый. Ну и тихие записи / фильмы вытягивать без софта…

PS2. Отрыв плюсов от «добавлено в избранное» в 4 раза, рекорд:-)

» 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.