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.
- Все провода скручены, а те, что идут от блока питания к усилителю экранированы (на всякий случай).
- ВАЖНО! Корпус блока питания связан с шасси в одной точке, там, где прикручивается трансформатор (поэтому шпилька крепящая трансформатор латунная)
- ВАЖНО! Гайки разъёмов под наушники на передней панели (на них висит сигнальный корпус) изолированы от передней панели диэлектрическими шайбами.
- Вал потенциометра электрически связан с корпусом прибора, если этого не сделать при прикосновении к валу потенциометра будут наводки в наушниках.
Люблю слушать музыку. Без достаточного уровня громкости — это невозможно (динамический диапазон — сами понимаете). Очень приятно слушать через мощный усилитель и большие динамики – но соседей беспокоить не хочется. Подключил наушники к выходу звуковой карты, Creative X-Fi в моем случае, звук с нее мне очень нравится, но громкости мне оказалось недостаточно. Решение вопроса всем понятно – купить усилитель для наушников или сделать его самому. Сделать самому мне захотелось больше. За принципиальными схемами, конечно, в Интернет. Схемы и описания различных усилительных устройств, которые я там нашел, приводить не буду, можете все найти сами. Делюсь с вами только тем, что я реально сделал и что нормально работает.
Диапазона усиливаемых частот, при использовании современных, и не очень, микросхем и транзисторов, как правило, совершенно достаточно для усиления звука очень качественно. Сразу же меня очень подкупил своей простотой усилитель на транзисторах. Схема, поначалу, показалась корявенькой, но решил сделать это устройство. На принципиальной схеме показан один канал усилителя, плата разведена под стерео усилитель.
Изготовил его с применением транзисторов, которые у меня были в наличии и в большом количестве. Заработало сразу. Результат меня удивил: звучало и усиливало нормально. Поскольку на наушники поступает постоянное напряжение (около 2 в.) есть проблема фона по питанию. Идеальный вариант питания – батарейки или стабилизированный источник питания 5в. После того, как удалось избавиться от фона, изменяя емкость фильтра питания 470мкф (в случае питания от зарядки телефона Нокия, конденсатор выпаял совсем), звук мне показался достаточно громким и качественным. Транзисторы на выходе, как вы заметили, соединены по схеме Дарлингтона, и 2T603, которые я поставил, прилично греются в таком режиме, но держат без радиаторов. Сделал таких усилителей три штуки, меняя компоновку деталей, убирая перемычки и добавляя разъемы. Компоновку последней версии привожу здесь. Кому не понравится – редактируйте в программе Sprint-Layout 6.0. При подключении к этому усилителю других наушников звук мне в них не понравился и тогда решил изготовить другой усилитель.
В одной из статей Интернета прочитал хороший отзыв о старенькой микросхеме KA2206, на ней и решил сделать усилитель для новых ушей.
На фото готового усилителя виден вариант с добавочным усилителем для динамического микрофона, от схемы усилителя, к микрофонному, идет только питание. О микрофонном -ничего писать не буду – не та тема.
На Ali Express купил 10 шт. микросхем за 100р. Схема из даташита микросхемы. Питание, в моем варианте, 8в. стабилизированных (стабилизатор в блоке питания LM7808 без радиатора, греется градусов до 60). Усилитель нормально работает, начиная, от 5в по питанию (правда, при питании 5в, похрипывают самые низы на максимальной громкости). Никакого дополнительного охлаждения микросхеме не требуется. При напряжении питания выше 10в микросхема ощутимо греется. Возможно, понадобится коррекция усиления по каналам (баланс), я изменял сопротивления на входе в одном из каналов 1К и 20К, сумма сопротивлений должна оставаться постоянной – 21-20К. Резисторы, которые обозначены на плате 0,2 – 0,9К (на плате установлены вертикально), использовал 750 ом., ими регулируется коэффициент усиления. Можно вместо них впаять перемычки, но тогда уровень усиления и, главное, фона очень высок (может это субъективно). Конденсаторы 0,15мкф. заменил 0,1мкф. Керамика. Звук этого усилителя меня устроил, с новыми наушниками и со старыми.
В планах собрать усилитель с электронной регулировкой громкости. Эти устройства изготавливал по отдельности: регулятор и усилитель собирались по схемам даташитов – работают нормально, а теперь вот объединил и развел платку.
Если в нагрузке наушники, и с указанным питанием, уверен, радиатор усилителю мощности не потребуется, но, на всякий случай, он здесь нарисован (алюминиевая пластина толщиной 1,5мм). Не буду приводить схему принципиальную – все понятно и на рисунке платы. Коэффициент усиления регулируется резисторами 0,2-1,0К: чем больше сопротивление, тем меньше коэффициент усиления. Можно ставить перемычки вместо этих резисторов – если потребуется максимальное усиление. Применяемые микросхемы не дефицит и по цене очень недороги. Кнопки без фиксации, интегрированные на плате, те которые были у меня в наличии.
Для тех, которые есть у вас, подкорректируйте плату или выведите проводами. Резистор R\X подбирается под ваш указатель (если он есть), можно использовать стрелочный индикатор записи от старых магнитофонов. При максимальной громкости сопротивление подбирается так, чтобы индикатор показывал максимум. Индикатор подключается к точкам Ук. Входной сигнал к точкам IN R и IN L. Выход к точкам OUT R и OUT L. Резисторы номиналом 4,7 Om могут быть мощностью 0,25 вт., больше не нужно. Если установить радиатор этот усилитель вполне можно использовать с колонками. При питании 12в. переменки этот усилитель выдаст 2 х 6 вт. мощности, конечно мощность трансформатора питания должна быть около 30 вт. Может, кто-нибудь сделает этот усилитель быстрее меня и поделится впечатлениями.
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.
Сегодня найти в розничной торговле нужный усилитель, удовлетворяющий все ваши требования очень непросто, да и стоимость его будет приличная. Намного дешевле будет сделать усилитель для наушников своими руками, а мы постараемся подробно рассказать обо всех необходимых этапах работ.
В интернете можно найти множество разнообразных предложений, но мы остановились на самой простой и действенной схеме усилителя на основе TDA 2003.
Собранный портативный усилитель для наушников работает по классу A , а коэффициент усиления у него около 18 единиц — такая мощность удовлетворит самого привередливого меломана. На некоторых форумах в интернете продвинутые радиолюбители весьма положительно отзываются об этом чипе и представленной схеме, поэтому после сборки в вашем активе окажется весьма качественный усилитель для наушников. Звуковой ряд, по заверению тех, кто уже сделал для себя лично аналогичное изделие, достоин похвал: даже низкие тембры передаются в полном объеме без искажений - отдельно собирать УНЧ (усилитель низких частот) нет необходимости.
На транзисторах
Такая схема выглядит просто, но в эксплуатации, по заверению специалистов, она весьма привередливая - все зависит от основных параметров выбранных вами резисторов и конденсаторов. Размеры ее тоже громоздкие - как правило, все радиолюбители используют простую двухкаскадную конструкцию на двух транзисторах. Часто используемые - это КТ 315 или им подобные, из таких устройств можно делать все, что угодно, и усилитель звука для наушников, в том числе.
Недостатки:
- необходима подборка точного напряжения питания для коллектора, базы и эмиттера:
- к базе должны подходить два типа напряжений: отрицательное и положительное по отдельным линиям с установкой сопротивления;
- для обеспечения номинального напряжения нужно специально подбирать резисторы.
Эта конструкция привередлива и к питанию - нужно не менее 5 V для ее стабильной работы.
Двухкаскадная конструкция на двух транзисторах
Используем микросхемы
При использовании аналогичных изделий можно получить следующие характеристики: напряжение питания будет в интервале 1,8-15 вольт, при этом выходная мощность - до 1,5 Вт. Вся конструкция свободно помещается на сравнительно небольшой плате с габаритами 100х150 мм.
После выполнения всех работ по сборке усилителя для наушников, при желании, некоторые пользователи подключают небольшие колонки от стационарного компьютера.
Перед тем, как сделать усилитель для наушников, необходимо обойти несколько магазинов, торгующих радиодеталями, и приобрести:
- основная микросхема - tda 2822;
- резистор переменного типа : с постоянным номиналом 4,7 ком - 2 ед. и один на 10 ком;
- конденсаторы 10 мкф - 2 шт.;
- неполярные конденсаторы пленочного типа с емкостью 100нф - 3 шт.;
- два гнезда для подключения - диаметр 3,5 мм;
- элементы питания;
- фольгированный материал определенного размера;
- подходящий по габаритам корпус.
Размечаем будущее положение деталей на плате, предварительно распечатав на принтере рисунок по специальной технологии, о которой поговорим ниже.
Положение деталей на плате
Изготавливаем плату
Печатное изделие - главное, если вы хотите сделать высококачественный усилитель. Только при ее наличии ваше изделие будет работать стабильно. Сделать ее в домашних условиях можно без проблем, если знать тонкости ЛУТ технологии - это перенос рисунка стандартной платы при помощи лазерного принтера и обыкновенного утюга.
Для осуществления задуманного воспользуемся программой Sprint-Layout 6.0 - русская версия, она имеет в активе около 4,6 тысячи макросов. Ее отличительные черты:
- все справочные данные на русском языке;
- надписи на плате можно делать кириллицей;
- идеально подходит для оперативной системы windows 7;
- интерфейс программы изменен для начинающих пользователей;
- работать можно с любого компьютерного устройства, сохраняется на флешке, не оставляет следов в любой системе.
Изображение распечатывают только на глянцевую бумагу, можно использовать различные буклеты, которые раздают в переходах метро и торговых комплексах.
Некоторые радиолюбители используют тонкую глянцевую фотобумагу - в этом случае отпечаток получается более качественный.
Печатать необходимо на максимуме, тогда копия будет качественная - весь рисунок должен четко просматриваться. После этого накладываем его на обезжиренную плату и проглаживаем утюгом, выставленным на третью позицию мощности, несколько минут. Для фотобумаги хватит полминуты.
Затем надо произвести травление - для этого используем раствор хлорного железа, считающийся специалистами оптимальным вариантом. При помощи ацетона очищаем медные дорожки от оставшейся краски и начинаем их лужение. Чтобы все получилось хорошо, лучше использовать сплав Розе, который изобрел германский химик - поэтому он и назван его фамилией.
Состав сплава: олово и свинец по 25%, а остальной объем занимает висмут - пары его чрезвычайно ядовиты, поэтому весь процесс нужно проводить в хорошо проветриваемом помещении.
Несколько гранул этого сплава опускаем в приготовленную емкость с водой (обязательно с плоским и ровным дном) и ждем полного их расплавления. Потом кладем пластину рисунком вниз и водим ею по днищу с расплавленными гранулами. Мягкой губкой удаляем разводы и лишние наплывы на дорожках.
Монтаж усилителя
Чтобы ничего не перепутать, с обратной стороны наносим по такой же технологии монтажную схему . После просверливания необходимых отверстий в плате, начинаем монтаж всех деталей. На фотографии готовая плата с деталями установлена в подготовленный корпус.
На торцевые панели, прежде чем крепить их на корпусе, необходимо нанести разметку - для этого можно использовать программу Фотошоп, где несложно нарисовать любую композицию, где будут названия гнезд и все нужные обозначения. Затем делаем распечатку рисунков при помощи принтера на тонкую с глянцевой поверхностью фотобумагу, которую наклеиваем на панели с уже проделанными технологическими отверстиями и обработанные ацетоном для обезжиривания. Клей используем столярный.
Панели необходимо положить под мощный пресс массой около 20 кг на 24 часа, чтобы качество склеивания было идеальное. Затем ламинируем поверхность панелей специальной термической пленкой, используя домашний утюг и лист чистой бумаги.
Осталось только установить на корпус крышку и боковые панели — и усилитель готов для эксплуатации. Проверка изделия показала, что усиление звучания отменное: звук довольно чистый, а если прослушивать качественные записи, то его можно даже охарактеризовать как хрустальный, что для самопального устройства весьма неплохо. Слышны все инструменты, басы отличные без дребезжания, а величина громкости такая, что можно оглохнуть.
Теперь по стоимости: все расходы на приобретение деталей и материалов при подсчете оказались не более одной тысячи рублей, а самый дешевый усилитель заводского исполнения стоит от 2,5 тыс. р., не говоря уже об отличного качества изделиях, чья стоимость исчисляется несколькими десятками тысяч рублей.
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 рубляMAX9724 - 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:-)
