Недорогой усилитель для наушников в наши дни не так просто найти в магазинах отдельный усилитель для наушников. Они существуют, особенно в мире hi-fi, но у них есть соответствующий ценник. Дизайн, представленный здесь, немного уступает этим высококачественным схемам, но может быть выполнен с использованием легко доступных компонентов и при этом имеет достаточно хорошее качество звука.
• Входное сопротивление (без P1)10kΩ
• ширина полосы 3.4Hz – 2.4MHz
• Сигнал-шум (ref. 1mW/33 Ω) 89 dB (B = 22 kHz) 92dBA
• Потребление тока 19mA
Недорогой усилитель для наушников схема описана как тип усилителя мощности, построенный из дискретных компонентов (см. Рисунок).
На входе мы видим регулятор громкости (P1, который подключен через разъем) и конденсатор связи (C1), за которым следует дифференциальный усилитель (T1, T2) с источником постоянного тока (T3) в цепи эмиттера. Установка между T1 и T2 (P2) используется для симметрии, или, другими словами, выходное напряжение установлено на 0 вольт постоянного тока по отношению к земле. Для наилучшего качества звука мы должны иметь одинаковый ток коллектора, протекающего через оба транзистора. Это видно по напряжениям в контрольных точках F и G на принципиальной схеме недорогой усилитель для наушников, которые почти равны. Входное смещение через R1 вызвано тем, что базовый ток течет в T1. Это приводит к тому, что напряжение в точке A (V (A)) будет слегка отрицательным. Быстрое измерение прототипа показало, что базовый ток в Т1 составлял около 3 мкА. Без компенсации смещения, обеспечиваемое потенциометром P2, выходное напряжение смещения
V O будет превышать 0,2 В
V O = (1 + R6 / R5) × V (A)
V O = (1 + 10 / 1,5) × 0,028 = 0,215 В
Поэтому смещение можно устранить, установив дифференциальный усилитель так, чтобы он работал немного асимметрично. Хотя это не самый лучший метод с точки зрения качества звука, он значительно упрощает схему.
Источник тока в цепи эмиттера (T3) установлен на уровне около 3 мА с диодами D1, D2 и резистором R4, что приводит к тому, что T4 приводится в действие линейно, насколько это возможно. Затем аудио сигнал попадает на уровень драйвера T4, который управляет более мощными выходными транзисторами (T6 и T7). C4 был добавлен для обеспечения большей внутренней выгоды. Ток покоя на выходном каскаде установлен на уровне около 5 мА с T5 и R9. Предполагая усиление (h FE) 50 на выходных транзисторах, эти 5 мА теоретически могут обеспечить линейный пик 0,005 A × 50 × 32 Ω = 8В на 32 Ω.
Однако некоторые ограничения вводятся источником постоянного тока T5 и падением напряжения на переходе база-эмиттер T7 (около 1,5 В). Мы также должны учитывать в расчетах делитель напряжения R11 и R12 (R10 и R12). Максимальное напряжение Vmax на нагрузке (RL) затем становится Vmax = RL / (RL + R11 + R12) × (9–1,5) Vmax = 4,6В пиковое. Это соответствует примерно 3,26В среднеквадратичного значения, что мы и измерили, как вы можете видеть в спецификациях. Это означает, что схема может выдавать (3,26 2/32) = 330 мВт на 32 Ом, что должно быть достаточно, чтобы удовлетворить большинство фанатов поп-музыки и рока. Резистор R12, который следует за выходным каскадом, ограничивает выходной ток и поддерживает стабильность цепи, когда емкостная нагрузка подключена, например, длинный экранированный кабель к наушникам.
Это предотвращает, перегрев выходных транзисторов при коротком замыкании. R10 и R11 сохраняют симметрию. Несмотря на значение C2 в цепи обратной связи, полоса пропускания все еще намного больше, чем полоса пропускания звука. Для получения низкой угловой частоты на входе мы использовали 4,7 мкФ для С1. Конденсатор 2,2 мкФ по-прежнему приводит к приемлемой угловой частоте 7 Гц (-0,6 дБ при 20 Гц). Измерения от одного из наших прототипов усилителя показаны на принципиальной схеме. Они должны рассматриваться как ориентировочные значения, а не как точные требования. PN переходы и усиление транзисторов, конечно, могут варьироваться в зависимости от производителя (это также относится к потребляемому току, указанному в спецификациях).
Для тех из вас, кто не возражает против немного большего шума (хотя он все еще будет неслышен с большинством наушников), вы можете увеличить сопротивление петли обратной связи примерно до 10 кОм. Это может быть достигнуто путем увеличения R5 и R6 в параллельной цепи до 10 кОм. В этом случае базовые токи Т1 и Т2 будут компенсировать друг друга. Если вам нравится экспериментировать, вы можете заменить R5 резистором 12 кОм, а R6 - резистором 68 кОм (перфекционисты должны использовать 11,5 кОм и 76,8 кОм из серии E96). Маловероятно, что это дает заметное улучшение, но в этом случае может быть меньшее смещение.
Для этой схемы недорогой усилитель для наушников была разработана небольшая печатная плата (см. Рисунок).
Компоновка компонентов показана на рисунке .
Для стерео-версии вам понадобятся две платы, и в этом случае P1 должен быть заменен на сдвоенный потенциометр, чтобы можно было одновременно регулировать громкость на обоих каналах. Входное сопротивление предложенной схемы (которая включает в себя P1) имеет минимум 5 кОм (P1 установлен на максимальную громкость). Это не должно быть проблемой для большинства современных аудио источников.
Обратите внимание на расстояние между выводами развязывающего конденсатора C1; плата вмещает 5 мм и 7,5 мм версии. Для питания вы можете использовать две батареи по 9 В. В качестве альтернативы, другой вариант - трансформатор 2x6 В, 5 ВА с мостовым выпрямителем 1,5 А и 8200 мкФ / 16В на шину питания. Это может быть дополнительно дополнено парой регуляторов напряжения. Выходные транзисторы (T6 и T7), вероятно, на практике не нуждаются в радиаторах, хотя небольшой радиатор обеспечит их защиту от короткого замыкания.
