Усилитель для наушников на полевых

Проигрыватели компакт-дисков и DVD в настоящее время получили широчайшее распространение и предназначены для работы, в основном, в составе домашнего кинотеатра с ресивером-усилителем. Потому в таких проигрывателях все чаще отсутствует выход для подключения наушников (головных телефонов), что удешевляет изделие, но лишает возможности прослушивать музыкальные программы, не мешая окружающим.

Даже если такой выход и предусмотрен, то это еще не говорит о его качестве. Зачастую встроенный усилитель обладает крайне «скудными» характеристиками, ничего общего не имеющими с параметрами носителя сигнала. Поэтому остается либо купить ресивер и подключать стереонаушники к нему, либо же использовать отдельный, специально разработанный для этой цепи усилитель для наушников, подключаемый к линейному выходу проигрывателя.

Для правильного выбора тока покоя выходного каскада нужно определиться с параметрами наушников Большинство производимых в настоящее время наушников имеют полное сопротивление от 16 до 70 Ом, реже можно встретить 8 и 600 омные экземпляры. Однако полное сопротивление никоим образом не указывает на качество телефонов, а только лишь требуется для правильного подбора усилителя.

Чувствительность наушников определяется как уровень звукового давления (Sound Pressure Level — SPL), создаваемого при подводимой электрической мощности 1 мВт, и является, по сути, показателем коэффициента полезного действия (КПД). Обычно SPL около 100 дБ Таким образом, зная полное сопротивление и SPL, можно рассчитать мощность усилителя, необходимую для получения заданного SPL. Для примера рассчитаем энергетические требования к усилителю для телефонов сопротивлением 32 Ом. Чтобы на нагрузке 32 Ом выделилась мощность 1 мВт, необходим ток: Необходимое напряжение на нагрузке тогда равно: Пока все очень даже хорошо. Любой усилитель способен обеспечить в нагрузке такие ток и напряжение. Теперь определим максимальное значение SPL. Это можно сделать, зная максимальную мощность, которую способны выдержать наушники. В параметрах на мои было написано 500 мВт. Определим разлчичие в уровнях SPL между 1 мВт и 500 мВт:

uroven_spl

Теперь определим SPL, создаваемый наушниками при максимальной мощности: Значение SPL=127 дБ явно не безопасно для слуха, но является критерием качества для передачи пиков звукового сигнала. Такие пики присутствуют на записях симфонического оркестра или звуках техногенного происхождения (например, пролет бомбардировщика — альбом «Final Cut» группы Pink Floyd). Однако вернемся к главному Определим, какой ток и напряжение требуются для достижения максимальной мощности в нагрузке:

maksimal'naja_moshhnost_v_nagruzke

Таким образом, можно сделать вывод, что наушники с полным сопротивлением 32 Ом более требовательны к выходному току усилителя, нежели к напряжению. Выходной каскад усилителя можно построить как с режимом класса А», так и с режимом класса В» и. на первый взгляд, выигрывает второй вариант из-за своей кажущейся экономичности. Но режиму «В» присущ главный недостаток переключательные искажения, возникающие из-за нелинейности начального участка вольт-амперных характеристик усилительных приборов.

Борьба с этим недостатком приводит к усложнению схемы, увеличению числа каскадов усиления, переводу выходного каскада в режим «АВ», что, в конечном итоге, снижает КПД усилителя Получается, что первоначальное достоинство режима «В» приводит к усложнению и удорожанию схемы и не дает выигрыша в КПД при столь малом токе нагрузки. Потому лучше основываться на режиме «А» как на потенциально более линейном и более простом в схемотехнической реализации. Ток покоя выходного каскада для режима А логично выбрать равным максимальному току нагрузки. те 125 мА.

Схема усилителя для наушников на полевых транзисторах

usilitel_zvuka_mop_tranzistorah

Схема разработанного УЗЧ приведена на рис.1 Усилитель построен на МОП-транзисторах с индуцированным каналом и охвачен петлей общей отрицательной обратной связи (ООС). Такой выбор элементной базы позволяет заметно снизить уровень нечетных гармоник низкого порядка и общий уровень гармоник высокого порядка за счет большей линейности проходных характеристик МОП-транзисторов и отсутствия входных токов. Каскад на транзисторах VT1 и VT2 позволяет получить высокое входное сопротивление усилителя. Выбор транзисторов типа КП505А, в основном, оправдывается их низкой стоимостью и доступностью.

Большая входная емкость в данном случае не является проблемой, т.к коэффициент усиления устройства всего около 3. Если же требуется получить большее усиление (10 ..20 раз), их следует заменить схожими по параметрам транзисторами но с меньшей входной емкостью. В противнем случае ухудшится работа дифференциального каскада на высоких частотах, отчего уровни гармонических и интермодуляционных искажении могут заметно возрасти. Ток покоя дифференциального каскада выбран около 6.5 мА.

Он задается источником стабильного тока на VT3 и R5 Такое схемное построение позволяет добиться высокой стабильности и отличных шумовых характеристик устройства. Особое внимание следует уделить источнику опорного напряжения (ИОН) на VD1, R9 и С5. Он является общим для дифференциального и выходного каскадов. От его качества, в конечном итоге, зависят шумовые свойства усилителя в целом. Экспериментально установлено, что минимизировать шумы ИОН можно, пропуская через стабилитрон (мощностью 0,5 Вт) ток не менее 3…4 мА [1]. Дальнейшее повышение тока, хотя и приводит к незначительному уменьшению шума, вызывает снижение КПД.

Для более мощных стабилитронов ток должен быть пропорционально увеличен. Проведя исследования шумовых свойств стабилитронов, я выявил следующие особенности. Так, у широко применяемых стабилитронов серий В2Х55, B2V55, BZX78 наблюдается резкое снижение шумов при токе стабилизации 5 7 мА. У отечественных аналогов в стеклянных корпусах шумы уменьшаются при токах 6 ..15 мА Стабилитроны 1N4739 производства ф. Motorola показали интересные результаты. При токе стабилизации 4 мА наблюдался минимум шумов, но с увеличением тока свыше 5 мА вновь происходило возрастание шумов.

Наилучшие результаты получены с использованием двуханодных стабилитронов КС170А, КС175А и КС191А в пластмассовых корпусах. Шумы этих стабилитронов уменьшаются уже при токе 1 мА, а при токах стабилизации 3…5 мА напряжение шумов в 3…5 раз меньше по сравнению с серией BZX55. Потому в ИОН лучше применять именно двуханодные стабилитроны. Величину емкости С5 нужно выбирать, подходя с позиции ее наилучшего шунтирующего действия на звуковых и ультразвуковых частотах (до 500 кГц). При этом следует помнить, что конденсаторы с большей емкостью имеют и большее эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), что приводит к снижению рабочей частоты конденсаторов.

Оптимальное значение емкости С5 (для качественных конденсаторов) лежит в пределах 4 7.. 33 мкФ. Если же по качеству конденсаторов имеются сомнения, то можно рекомендовать шунтировать их пленочными конденсаторами емкостью 0.033…0,22 мкФ. Выходной каскад построен на комплементарных транзисторах VT4 и VT5. Ток покоя выбран около 125 мA. На транзисторе VT5 выполнен источник тока, стабильность его такова, что при изменении напряжения питания от ±9 до ±20 В ток изменяется всего на несколько миллиампер). Величина тока покоя задается резистором R14.

Присутствует в выходном каскаде и местная ООС через резистор R13. Стабилитрон VD2 защищает транзистор VT4 от пробоя. Поддержание нуля на выходе при изменении температуры обеспечивается установкой VT4 и VT5 на одном теплоотводе. В цепи затворов всех транзисторов присутствуют резисторы, которые отсутствуют в устройствах на полевых транзисторах без общей ООС (2) и необходимы в устройствах с ООС. Их часто называют «антизвонными» или «антипаразитными» [3].

Без этих резисторов, как правило, возникают проблемы с устойчивостью. Сопротивление этих резисторов зависит от входной емкости транзисторов. Для маломощных и транзисторов средней мощности обычно достаточно резисторов по 47…150 Ом, для более мощных 150 510 Ом. Никакого предварительного подбора активных компонентов в усилителе не требуется. Если усилитель изготавливается в виде автономного блока, его источник питания можно собрать по схеме, приведенной на рис.2.

istochnik_pitanija_dlja_usilitel_zvuka

Особенностью источника питания является низкий уровень шумов за счет использования в выпрямителе диодов с барьером Шотки. Интегральные стабилизаторы LM317 и LM337 дополнительно обеспечивают подавление пульсаций и шумов. Сами по себе стабилизаторы LM317, LM337 работают отлично. Тем не менее, добавление шунтирующих конденсаторов емкостью 10 ..33 мкФ между выводом регулировки и общим проводом увеличивает подавление пульсации почти на 15 дБ (в 5 раз по напряжению). Например, коэффициент подавления пульсаций LM317 достигает 75 дБ, a LM337 — 77 дБ [4, 5]. Но дополнительные конденсаторы требуют включения еще и разрядных диодов между выходами стабилизаторов и выводами управления его избежание выхода стабилизаторов из строя при выключении питания.

Конструкция и детали. Усилитель (рис 1) смонтирован на печатной плате, чертеж которой приведен на рис.3, а расположение элементов — на рис.4 Конденсаторы С1, С7 и С9 — пленочные, типа К73-17, или аналогичные импортные, С2 и С8 — К10-17 или КД 2, в качестве С3, С4 и С5 лучше использовать изделия ф Hitano. Jamicon или Rubycon. Конденсатор С6 — неполярный, ф Hitano, серии ENR. Если нет неполярного конденсатора, то его можно заменить двумя полярными вдвое большей емкости, включенными последовательно (на плате для этого предусмотрено место).

Подстроечный резистор R4 обязательно многооборотный, СП5-2 или импортный аналог 3296W ф. Trimmer или Bourns. Переменный резистор R1 — типа СПЗ-4. СПЗ-ЗЗ или аналогичный импортный, желательно группы «В». Постоянные резисторы — МЛТ-0,125, МЛТ-0,25 или металлопленочные, типа MF, импортного производства. Разъем XS1 — типа СГ-5, a XS2 — любой подходящий под штекер наушников. Транзисторы VT1-VT3 типа КП505А можно попробовать заменить на КП523А, BSS295, BSS297, VT4 IRF9620, заменим на IRF9610, IRF9520, IRF9510, a VT5 — на IRF610. IRF520, IRF510. Транзисторы VT4 и VT5 обязательно должны быть установлены на общем радиаторе площадью около 120 см².

В блоке питания (рис 2) можно использовать диоды Шотки с обратным напряжением не менее 40 В., рассчитанные на ток не менее 0,5 А. Можно попробовать применить отечественные диоды КД212. Диоды VD5 и VD6 заменимы на 1N4148, КД521, КД522 и т. п. Конденсатор С1 служащий для устранения помех, проникающих из сети. — типов К73- 17, К78-1 на номинальное напряжение не ниже 400 В С4 и С5 — пленочные. К73-17 или К73-9. Интегральные стабилизаторы LM317 и LM337 можно заменить отечественными КР142ЕН12и КР142ЕН18 со ответственно. Их обязательно нужно установить на радиаторы площадью около 30 см² каждый.

Трансформатор питания Т1 можно использовать готовый, мощностью около 15 Вт Обмотки II и III должны быть рассчитаны на напряжение около 18 ..20 В при токе 0.4 А. Настройка. Настройка усилителя предельно проста. Установив предварительно движок R4 примерно в среднее положение, замыкают вход и подают питание на усилитель без нагрузки. Замеряют напряжение на R14, оно должно быть в пределах 1.3… 1.4 В, что соответствует требуемому току покоя 120… 130 мА.

После этого подключают вольтметр постоянного тока к выходу усилителя и поворотом движка R4 добиваются нулевых показании на выходе. После этого усилитель оставляют включенным на 20…30 минут, и снова замеряют напряжение на выходе. Оно не должно быть более +15 мВ (при необходимости корректируют его подстройкой R4). Далее подключают эквивалент нагрузки (резистор 33 Ом) и убеждаются, что напряжение на выходе не изменилось. После этого можно производить измерение параметров усилителя.

usilitel_dlja_naushnikov_s_topologiej_vina

Этот УЗЧ несложно превратить в усилитель мощности с топологией Вина, способный отдавать в нагрузку сопротивлением 4 Ом до 15 Вт (рис.5). Для этого достаточно понизить ток покоя каскада на VT4, VT5 до 5… 15 мА, умощнить выход введением в схему истокового повторителя на VT6, VT7 и добавить схему смещения R16. С10. Такой достаточно простои усилитель может найти свое применение, например, в малогабаритных активных акустических системах.

Настройка усилителя мощности практически не отличается от настройки УЗЧ. Отличие состоит только в том, что ток покоя выходного каскада, работающего в режиме «В». устанавливается резистором R16 на уровне 30…40 мА. что соответствует падению напряжения на резисторах R17, R18 около 100..130 мВ. Первое включение нужно производить без нагрузки, предварительно установив движок R16 в нижнее по схеме положение.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть