Схема гибридного усилителя для наушников

Схема гибридного усилителя для наушников

В первую очередь определимся со структурой усилителя. Как обычно, мы выбрали такую:

Еще одно достоинство структуры: ламповый пред.усилитель и полупроводниковый буфер можно проектировать как самостоятельные, практически независимые друг от друга, функционально законченные модули. При соблюдении некоторых ограничений любой из них может быть заменен без пересмотра остальной схемы. На мой взгляд, это удобно 🙂

Выходной полупроводниковый буфер:

В-четвертых, у трех пунктов, озвученных выше, есть не очевидное, на первый взгляд, следствие: нам совершенно не нужны ОУ. Схемы, отвечающие перечисленным требованиям, и без ОУ способны обеспечить необходимые характеристики, например, низкое выходное сопротивление, высокое входное, достаточную линейность.

Всем этим условиям хорошо соответствует схема повторителя с источником тока в нагрузке. Только строить ее нужно на составном транзисторе: иначе входное сопротивление будет недостаточным для работы от лампового пред.усилителя.

Для того чтобы выбрать, какой именно повторитель использовать, мы провели немало экспериментов с разными модификациями схемы. Рассказ о некоторых из этих экспериментов можно найти в статье "О линейности разных схем выходного буфера гибридного усилителя для наушников"

В результате собрали такую схему:

Напряжение питания: 24 В, ток покоя выходных транзисторов: 100 мА.

Результаты измерения спектров искажений для этого буфера, можно найти в заметке "Спектр искажений выходного буфера гибридного усилителя"

Из-за существенного (по меркам усилителей для наушников) тепловыделения и необходимости в больших разделительных емкостях, модуль получился крупным, с объемными банками электролитов и радиаторами на выходных транзисторах:

Радиаторов по мощности вполне хватает: перегрева нет. Но если вдруг появится желание увеличить ток покоя выходных транзисторов (и выходную мощность), то придется задуматься о их выносе на дополнительные увеличенные радиаторы.

Дополнение от 19.09.2018
Развитие описанной схемы буфера и подробные результаты измерения ее параметров опубликованы в двух статья:

У описанной схемы буфера есть одна особенность, о которой обязательно нужно упомянуть: при подачи питания конденсаторы С6 и С7 заряжаются через наушники (если они подключены) и резистор R9 до половины напряжения питания.

Это нехорошо, так как зарядные токи вызывают электрическую и механическую перегрузку наушников и рано или поздно могут их испортить. Кроме того, в момент заряда в наушниках раздается громкий щелчок. Он не приятен и вреден для наших замечательных ушей :).

Чтобы и наушники, и уши были целы, мы добавили в усилитель схему задержки. Она подключает наушники к усилителю через некоторое время после подачи питания. Если все правильно настроить, то подключение будет происходить уже после того, как емкости С6 и С7 полностью зарядятся через резистор R9.

Ничего особенного в ней нет. Как и во многих других подобных схемах есть времязадающий конденсатор (С1), который после включения начинает заряжаться. Заряжается он до некоторого порогового напряжения, после достижения которого происходит быстрое открывание ключевого транзистора (VT5), и реле включается, подсоединяя наушники к выходу усилителя.

Есть более простые схемы, решающие ту же задачу. Но мы решили сделать чуть сложнее.

Часто в простых схемах задающий время конденсатор заряжают через высокоомный резистор. Процесс проходит нелинейно: его скорость зависит от напряжения питания и уровня заряда конденсатора. К сожалению, это приводит к усложнению расчетов, снижению точности и стабильности настройки времени задержки.

Мы избавились от этих проблем, заменив резистор на источник тока (VT1, VT2, R2, R1). С источником тока скорость заряда постоянна и не зависит от внешних факторов.

Следующим шагом к улучшению схемы стало введение повторителя на транзисторах VT3 и VT4. Имея очень высокое входное сопротивление и малый базовый ток, он выполняет роль буфера, предотвращая разряд конденсатора С1 через цепи сравнения напряжения.

Так как тока разряда конденсатора С1 практически нет, то и зарядный ток может быть, при желании, уменьшен. Вместе с расширением вниз границы диапазона допустимых значений зарядного тока, увеличиваются возможности по настройке времени задержки.

Описанные изменения позволили сделать схему значительно более универсальной: с широким диапазоном регулировки времени задержки и его независимостью от напряжения питания. На мой взгляд для таких улучшений не жаль добавить в схему четыре дополнительных транзистора.

Схему задержки мы собрали и установили в усилитель. После ее настройки полностью исчезли все проблемы, связанные с щелчками в наушниках при включении питания. Для удобства схему расположили на отдельной плате. На ней же установили и входные разъемы:

Читайте также:  Как проверить ик приемник на работоспособность

Кстати, время задержки выбрали почти 60 секунд. Такая пауза нужна не только для того чтобы прошли переходные процессы в буфере, но и для того чтобы лампы вышли на режим.

О ламповом предварительном усилителе:

Лаповый пред. усилитель для гибридного усилителя по режимам немного отличается от своего собрата для чисто ламповой техники. Это связано, среди прочего, с отсутствием необходимости в большом коэф. усиления, с меньшим сопротивлением и большей емкостью нагрузки (входа полупроводникового буфера).

В данном усилителе ламповый пред. усилитель — простой каскад с резистивной нагрузкой в аноде. Для увеличения тока покоя и снижения выходного сопротивления в каждом канале использована отдельная лампа 6Н1П, триоды которой включены параллельно. С этой же целью использовано довольно низкое сопротивление резистора в аноде.

Примечание: низкое сопротивление анодного резистора также приводит к снижению коэф. усиления. Но в то же время происходит рост нелинейности каскада. Впрочем, это не имеет особого значения, так как при тех уровнях выходного сигнала, которые характерны для данного лампового пред.усилителя (до 8 В), линейность остается достаточно высокой.

Рассказывать о схеме особенно нечего. Чуть подробнее почитать о ней и некоторых измерениях можно в небольшой заметке "Ламповый пред. усилитель. Некоторые измерения" .

Размеры пред.усилителя и его компоновка выбраны для удобного совмещения с описанным выше выходным полупроводниковым буфером: ниже фото этой парочки 🙂

В заметке я рассказал только о "звуковых" и сервисных схемах усилителя, но обошел вниманием блок питания. Сделал я это сознательно, так как решил, что он заслуживает отдельной большой статьи. В следующий раз я буду писать именно о нем.

Кстати, макет собранного усилителя выглядит так:

На этом, я хочу закончить статью. Спасибо за ваше внимание.

С уважением, Константин М.

Приглашаю в гости, посмотреть все самое новое и интересное:) Буду рад общению ) :

Упомянутые в статье ссылки:

"О линейности разных схем выходного буфера гибридного усилителя для наушников" — в записи приведены схемы и результаты измерения спектров искажений для нескольких модификаций выходного буфера.

"Спектр искажений выходного буфера гибридного усилителя" — короткая запись с результатами измерений спектров искажений выходного буфера, выбранного для гибридного усилителя.

Вопрос о преимуществах и недостатках электронных ламп, транзисторов и интегральных микросхем фактически решился в пользу транзисторов и микросхем. При этом цены на мощные полевые транзисторы MOSFET (технология HEXFET фирмы International Rectifier) постоянно снижаются и уже не так "кусаются". Однако электронные лампы в последнее время "возвращаются в моду" и находят широкое применение в конструкциях усилителей звуковых частот.

Как показывает опыт, для прослушивания стереофонических музыкальных программ на стереотелефоны целесообразно использовать отдельный высококачественный усилитель ЗЧ (маломощный). Реализация высоких качественных показателей стереофонических усилителей является задачей весьма трудной и во многом противоречивой. Так, например, повышение выходной мощности УЗЧ приводит к увеличению нелинейных искажений, а чем шире полоса пропускания усилителя, тем больше уровень шумов на его выходе, и т.п.

Достигнуть малого уровня собственных шумов при широкой полосе рабочих частот УЗЧ можно, если входные каскады обоих каналов усилителя выполнить на электронных лампах, питающихся пониженным анодным напряжением, а выходные — на полевых транзисторах с индуцированным каналом. При этом коэффициент нелинейных искажений во всем диапазоне рабочих частот получается минимальным и, как правило, не превышает 0,2%. Применение электронной лампы на входе обеспечивает, к тому же, высокое входное сопротивление усилителя, что позволяет подключить к нему непосредственно даже пьезокерамический звукосниматель. Это обеспечивает также "теплое ламповое звучание", которое часто нравится слушателям.

Лампово-транзисторный усилитель ЗЧ для стереотелефонов с использованием полевых транзисторов и ламп, схема которого приведена на рис.1, предназначен для прослушивания различных программ при совместной работе с проигрывателем компакт-дисков, DVD-плейером, компьютером, магнитофонной приставкой или стереофоническим ЭПУ.

Основные параметры УЗЧ

Номинальная выходная мощность, мВт

Чувствительность, мВ

Полоса рабочих частот, Гц

5. 80000

Неравномерность частотной характеристики, дБ, не более

Коэффициент нелинейных искажений, %, не более

Уровень собственных шумов при открытом входе, дБ, не более

Усилитель содержит два идентичных двухкаскадных канала. Входные каскады, выполненные на триодах лампы VL1, обеспечивают усиление сигнала. Анодной нагрузкой левого каскада служит резистор R5, правого — R7. Подстроенным резистором R6 выравниваются коэффициенты усиления каскадов. В катодные цепи лампы включены резисторы R4 и R8, обеспечивающие отрицательную обратную связь и малые нелинейные искажения усилителя в целом. Нить накала лампы питается постоянным током напряжением 6,3 В от выпрямителя. Такое питание позволяет избавиться от сетевого фона.

Читайте также:  Автозаполнение пустых ячеек в excel

Второй каскад каждого канала представляет собой истоковый повторитель. Гальваническая связь между каскадами обеспечивает высокую стабильность фазовых характеристик усилителя. Конденсаторы С5 и С6 — разделительные между усилителем и наушниками.

Уровень громкости в каналах усилителя регулируют сдвоенным переменным резистором R1. При желании этот резистор можно заменить двумя отдельными. В этом случае появляется возможность регулировки баланса между каналами. Питание усилителя (кроме накала лампы VL1) осуществляется от источника постоянного тока напряжением 20 В. Потребляемый ток не превышает 80 мА. Отличительной особенностью усилителя является низкое анодное напряжение лампы (всего 20 В). Таким образом, один из главных недостатков ламповой схемотехники — высокие напряжения — в данной схеме отсутствует.

Если усилитель изготавливается в виде автономной конструкции, его блок питания можно собрать по схеме, приведенной на рис.2. Особенностью стабилизатора напряжения анодной цепи является использование полевого транзистора с изолированным затвором (VT1) в качестве регулирующего элемента и наличие системы плавного увеличения напряжения при включении питания. Наличие такой системы продлевает срок службы лампы, т.к. обеспечивает "мягкий" режим включения: анодное напряжение подается через 20 с после включения усилителя на уже прогретую лампу.

Усилитель можно разместить на печатной плате либо выполнить навесным монтажом. При монтаже следует экранировать входные цепи, а экранные оплетки входных кабелей соединять в одной точке с резисторами R3, R4, R8, R9 и выводом 5 лампы VL1 (рис.1).

Транзисторы работают без радиаторов, поскольку на них рассеивается всего около 1 Вт мощности, и температура корпуса составляет около 70°С. Лампу 6Н23П можно попробовать заменить лампой 6Н3П, но в этом случае, возможно, потребуется увеличить напряжение питания до 25. 30 В. При замене также следует учитывать, что некоторые экземпляры 6НЗП оказываются вовсе неработоспособными при низком напряжении питания. Кроме того, лампа 6Н3П имеет другое расположение выводов. При повышении напряжения питания свыше 20 В необходимо применять меры по защите транзисторов. Для этого между затвором и истоком включается стабилитрон с напряжением стабилизации 15. 18 В, например, КС215, 55С18. Вместо транзисторов IRF540N можно использовать IRF510N-IRF530N и их аналоги, КП743-КП746 с любым буквенным индексом, производства НПО "Интеграл" (г.Минск). С полевыми транзисторами IRF510N, IRF520N или IRF530N полоса усиливаемых частот расширяется пропорционально уменьшению "подзатворной" (входной) емкости транзисторов и для IRF530N составляет уже 100 кГц, а для IRF510N — 130 кГц. Следует отметить, что транзисторы с индексом "N" имеют в 1,5. 2 раза меньшее значение "подзатворной" емкости, чем транзисторы без индекса, и стоят на 30-50% дешевле. Поэтому рекомендуется использовать именно их, в противном случае произойдет ухудшение частотных свойств усилителя. Конденсаторы С1, С2 и С4 — типа К73-17, К73-9 или аналогичные импортные. Применять конденсаторы типов KM, К10-17 не следует, т.к. они часто "шумят". Если на выходе источника сигнала присутствуют разделительные конденсаторы, то тогда С1 и С2 можно вообще исключить из схемы. Конденсаторы С3, С5 и С6 лучше использовать фирмы Jamicon или Rubycon. От конденсаторов китайских фирм следует отказаться ввиду их низкой надежности и плохих параметров. Не следует также применять высокотемпературные конденсаторы. Подстроечный резистор R6 — типа СП3-38, но можно использовать СП3-19 и др. Сдвоенный переменный резистор R1 — СП3-33, СП3-4 или аналогичный импортный, желательно группы "В". Постоянные резисторы — МЛТ-0,25 и МЛТ-1. Разъем XS1 — СГ-5, a XS2 — любой, подходящий под штекер наушников. Стереонаушники могут иметь сопротивление звуковой катушки по постоянному току от 8 до 100 Ом.

В блоке питания следует обратить особое внимание на диоды выпрямителя, питающего цепь накала лампы (VD5. VD8), поскольку при включении питания нить накала лампы холодная, ее сопротивление в начальный момент в 3. 6 раз меньше, чем в разогретом состоянии, и ток через диоды выпрямителя может достигать 1,5 А. Поэтому импортные диоды серий 1N4001-1N4007 применять в выпрямителе накала не следует, так как они не выдерживают скачка тока при включении. Лучше использовать отечественные КД243 или КД213 с любыми буквенными индексами, либо диоды других серий, рассчитанные на максимальный выпрямленный ток не менее 500 мА. Можно использовать импортные диодные мосты, рассчитанные на ток не менее 1 А. Диоды VD1. VD4 можно заменить практически любыми выпрямительными диодами, рассчитанными на ток не менее 0,1 А. Стабилитрон VD9 КС524А можно заменить импортным BZX84C24, 1N970A, 1N4116, 1N3029 либо другим с напряжением стабилизации 22. 24 В. Конденсатор С1, устраняющий проникающие из сети помехи, может быть типов К73-17, К78-1 на номинальное напряжение не ниже 400 В. Электролитические конденсаторы — типа К50-35, или аналогичные импортные. Транзистор в блоке питания (IRF540) можно заменить на IRF530, КП745, КП746. Его желательно установить на радиатор площадью около 20 см2. Трансформатор питания Т1 можно использовать готовый, мощностью около 10 Вт. Обмотка II должна быть рассчитана на напряжение около 22. 27 В при токе 0,15 А, обмотка III — на напряжение 6. 6,5 В при токе не менее 0,4 А. Конструкция блока питания — произвольная.

Читайте также:  Лучший порт для входящих соединений

Налаживание усилителя, собранного из заведомо исправных деталей, несложно. Включив питание и прогрев лампу в течение 3. 5 минут, на входы усилителя подают от звукового генератора сигнал частотой 1000 Гц и амплитудой около 0,1 В. Подстроечным резистором R6 добиваются равенства амплитуд сигналов на выходах усилителя. Контроль амплитуды напряжения осуществляют с помощью вольтметра или осциллографа. Если выходная мощность усилителя окажется выше требуемой, можно увеличить сопротивления резисторов R10 и R11. Однако заменять их резисторами сопротивлением более 510 Ом нецелесообразно. Если возникают искажения сигнала, то можно попробовать подобрать катодные сопротивления автоматического смещения R4 и R8. Следует заметить, что если лампа с момента производства еще не использовалась, то ее следует заранее прогреть в течение получаса, а только потом приступать к настройке усилителя.

Справочные параметры ламп: 6Н23П, 6Н3П

Опубликовано: 20 декабря, 2011 • Рубрика: Усилители для наушников

В журнале «Радиохобби» была опубликована статья с описанием гибридного усилителя Владимира Креймера. Основная идея: найти достойную альтернативную замену выходному трансформатору в ламповом усилителе. Часто именно этот моточный узел сводит «на нет» все усилия радиолюбителя.

По сути всем известный эмиттерный повторитель тоже является трансформатором сопротивления. Им автор и попытался заменить моточное изделие.

Исходный вариант схемы представлен на рисунке:

Это усилитель класса «А» с выходной мощностью порядка 8Вт. Для оптимального согласования величина эмиттерного резистора (R3) должна быть равна сопротивлению нагрузки.

В статье указывалось, что данная схема может быть неплохой основой усилителя для наушников. А почему бы не попробовать?

Получилась следующая схема:

Увеличение по клику

Здесь биполярный транзистор заменён на полевой. Ток покоя составляет 100 мА, задается резистором R4. Внимание: значение этого сопротивления сильно зависит от экземпляра лампы! При отладке схемы в одном канале получилось 10 кОм, в другом 6,8 кОм. Так что для каждой половинки лампы резистор надо подбирать отдельно.

Значение резистора R6 должно быть равно сопротивлению наушников. Так как схема проверялась с наушниками Sennhaiser, у которых сопротивление 64 Ом, то и на схеме указан соответствующий номинал.

Небольшую обратную связь на резисторе R5 по переменному току можно убрать, зашунтировав его конденсатором:

Увеличение по клику

Кстати, звучание в таком варианте мне больше понравилось.

Резистор R7 служит для заряда конденсатора С2, что устраняет неприятные щелчки при подключении наушников ко включенному усилителю.

Предложенная схема однотактная, что, соответственно, накладывает на источник питания дополнительные требования в плане подавления пульсаций и фона сети. Уделите ему особое внимание при повторении.

Как любое устройство на электронных лампах усилитель требует предварительного прогрева. Но звучание его того стоит. Усилитель уверенно вытеснил со стойки все ранее использовавшиеся усилители для наушников.

В плане улучшений: заменить лампу на низковольтную 6Н27П (труднодоставаемая), зашунтировать конденсаторы С2 и С3 пленочными, небольшой ёмкости.

Полная принципиальная схема гибридного стерео-усилителя для наушников представлена на рисунке:

Увеличение по клику

Удачного творчества.
Главный редактор «РадиоГазеты».

Ссылка на основную публикацию
Сравнить технические характеристики rx330 и rx350
Линейка популярных люксовых SUV Lexus RX пополнилась новой модификацией – RX 350. Теперь покупателем RX быть еще приятнее – ведь...
Сколько рублей получают ютуберы
Видеохостинг YouTube — не только развлекательная площадка, но и хороший источник дохода. Тысячи пользователей выкладывают ролики, пытаясь привлечь внимание аудитории....
Сколько света мотает компьютер
Выбирая комплектующие для персонального компьютера (ПК) обычно обращают внимание на производительность и объем памяти, порой забывая о том, сколько же...
Сравнить процессоры кирин и снапдрагон
Snapdragon 636 vs. Kirin 960: кто лучше? Результаты тестов и сравнительных таблиц, описанных в этой статье, помогут определить, какой из...
Adblock detector