В настоящем проекте рассмотрены усилители для головных телефонов на массовых микросхемах, таких как TDA2003, BA5415A и BA5417.
Я воздержался от философских рассуждений, какая из представленных схем звуковоспроизведения «более правильная». Цель экспериментов другая — предоставить для повторения достойные схемы, а увлеченные читатели сами сделают выбор и поделятся своими впечатлениями.
↑ Усилитель для наушников на микросхеме TDA2003
В обзоре радиолюбительских публикаций, вышедшем в журнале «Радиохобби», сообщается об удачном эксперименте Арена ван Варде по использованию широко распространенной и дешевой «автомобильной» микросхемы TDA2003 (аналог — К174УН14) в качестве усилителя для 32-омных головных телефонов, рис. 1[1].
Рис. 1. Схема Арена ван Варде. Усилитель для стереотелефонов (один канал)
Автор выяснил, что при питании от однополярного источника напряжением 12 В (ток покоя 40 мА) усилитель работает в классе А до выходной мощности в несколько сотен милливатт. При этом коэффициент передачи усилителя уменьшен более чем в пять раз по сравнению с типовым включением микросхемы (со 100 до 18) без потери устойчивости работы схемы.
Для такой простой схемы (рис. 1) получены совсем неплохие характеристики:
Рабочий диапазон частот при неравномерности характеристики ±3дБ: 14…30000 Номинальное сопротивление нагрузки: 32 Ом Коэффициент гармоник: 0,006% Уровень собственных шумов: –100 дБ Максимальная выходная мощность на нагрузке 32 Ом: 200мВт Коэффициент усиления на частоте 1000 Гц: 24,8 дБ
Изображенная на рис. 1 схема является принципиально-топологической — на ней показана точка соединения общих проводов, упрощающая реализацию конструкции «в железе».
Скорректированная принципиальная схема усилителя в привычном для российского радиолюбителя начертании показана на рис. 2. По результатам макетирования цепь коррекции амплитудно-частотной характеристики R3, C5 включена так, как рекомендуется в типовом включении микросхемы TDA2003, а именно — между ее выводами 2 и 4.
Рис. 2. Скорректированная схема усилителя для стереотелефонов на TDA2003, TDA2002
Чувствительность с входа составляет около 100 мВ, усилитель подходит к наушникам сопротивлением от 32 до 100 Ом.
В позиции DA1 можно поставить также микросхему TDA2002. Резисторы МЛТ, ОМЛТ, С2-23, С2-29, С2-33Н, МОН или импортные, мощностью, не ниже указанной на принципиальной схеме. Конденсаторы С3, С7 пленочные типа К73-17, К73-24 или импортные МКТ; конденсатор С5 — керамический. Оксидные конденсаторы выбирайте качественные, рассчитанные на температуру до +105°С.
Детали для усилителя, два канала
DA1 — Микросхема TDA2003 — 2 шт., R1 — Рез.-0,125-130 Ом — 2 шт., R2, R3 — Рез.-0,125-2,2 кОм — 4 шт., R4 — Рез.-0,5-1 Ом — 2 шт., C1 — Конд.10/25V 0511 105°С — 2 шт., C2, C6 — Конд.470/25V 1013 105°С — 4 шт., C3 — Конд.0,22/63V К73-17 — 2 шт., C4 — Конд.1000/25v 1020+105°C — 2 шт., C5 — Конд.2200 пФ NPO керам.имп.– 2 шт., C7 — Конд.0,1/63V К73-17 — 2 шт., Клеммник ТВ-12А 2К шаг 5 мм на плату — 6 шт., Резистор переменный сдвоенный ALPS 33 — 50 кОм — 1 шт., Резистор 1 кОм 0,25 Вт — 2 шт., Кабель силовой ШВВП 2×0,75 — 0,5 м, Провод фторопластовый МГТФ 0,75 — 0,5 м, Термоусадочная трубка d=5 мм — 0,5 м, Сдвоенный несимметричный экранированный кабель OFC 2×0,14 кв мм — 0,5 м., Печатная плата (на два канала) 96×38 мм — 1 шт.
Рис. 3(а) Размещение элементов на печатной плате
Рекомендую микросхемы TDA2003 установить на небольших радиаторах
высотой 25 мм, нарезанных из алюминиевого профиля общестроительного назначения (швеллера) 10х20х10х2 мм.
Рис. 3(б) Схема соединений усилителя для стереотелефонов на микросхеме TDA2003
↑ Усилитель для наушников на микросхеме BA5415A
Микросхема BA5415A попала в список рекомендуемых для использования в усилителе для наушников волей случая.
Наш местный поэт и бард Сергей Алексеевич Круговых, окрыленный очередной поездкой в Друкшяй, занимался увековечиванием своих произведений на персональном компьютере, пожаловался мне на отсутствие гнезда для наушников в его компьютерных активных акустических системах.
Кто не в курсе, Друкшяй — живописное место в Белоруссии, куда каждый год, начиная с августа 1967, собираются команды из Таллинна, Риги, Шауляя, Минска, Москвы, Великого Новгорода и других городов. Эти веселые и доброжелательные люди приезжают встретиться и отдохнуть. Традиционным является песенный конкурс «Друкшяйские Зори».
Чтобы не вспугнуть озарение поэта, я немедленно приступил к улучшению его рабочего места: приобрел телефонное гнездо, нашел с десяток резисторов (для подбора в качестве токоограничивающих на выходе усилителя) и подарил ему свои вторые наушники ТДС-5. Результаты модернизации превзошли все ожидания — звук в наушниках оказался на редкость замечательным, поэтому я зарисовал схему в свой блокнот (рис. 4).
Рис. 4. Принципиальная схема стереофонического усилителя для наушников на микросхеме BA5415A
Характеристики усилителя на микросхеме ВА5415А фирмы Rohm:
Выходная мощность: 3 Вт (4 Ом) Чувствительность: 100…150 мВ Входное сопротивление: 47 кОм Диапазон воспроизводимых частот: 20…20000 Гц Сопротивление нагрузки: 3…250 Ом Коэффициент нелинейных искажений: 0,06% Соотношение сигнал/шум: 86 дБ (А) Ток покоя: 30 мА
На входе установлен регулятор громкости — сдвоенный переменный резистор сопротивлением 47 кОм. Коэффициент усиления микросхемы с отрицательной обратной связью может быть выставлен в диапазоне 33…45 дБ изменением резистора R2 (R3) в цепи обратной связи:
Ku=20lg[1+44/(R2(R3))], где R2 (R3) — сопротивление внешнего резистора, кОм.
Позднее, в Интернете я нашел информацию, что микросхема BA5415A (High — output dual power amplifier) применяется в усилителе для наушников ERGO AMP 1 швейцарской компании Precide с внешним источником питания 15…18 В/0,5 А, регулятором громкости 22 кОм, рис. 5. Внешний адаптер содержит силовой трансформатор, а диодный мост и стабилизированный источник питания (микросхема 7812, конденсаторы 5×1000 мкФх25 В = 5000 мкФ) размещены на печатной плате усилителя. Размеры корпуса 20×7х18 см, вес 1,1 кг.
Рис. 5. Внешний вид усилителя для наушников ERGO AMP 1 со снятой крышкой
Усилитель не содержит дефицитных комплектующих, их можно приобрести в магазинах радиотоваров.
Элементная база усилителя для наушников на BA5415A
DA1 — Микросхема BA5415A — 1 шт., R1, R2 — Рез.-0,25-33 кОм — 2 шт., R3…R6 — Рез.-0,25-1,0 кОм — 4 шт., R7, R8 — Рез.-0,5-1,5 Ом — 2 шт., C1, C2 — Конд.10/25V 0511 +105°C — 2 шт., C3…C6 — Конд.100/25V 0812 +105°C — 4 шт., C7, C8 — Конденсатор металлоплёночный К73-17 имп, 0,1 мкФ, 63 В, 10%, POLYESTER BOXED, B32529C0104K000 — 2 шт., C9, C11, C12 — Конд.1000/25V 1021+105°C — 3 шт., C10 — Конд.220/25V 0812 105°C — 1 шт., Вилка 3к. на плату PLS-3 2,54 — 1 шт., Джампер JP-2 для штыревых линеек и соединителей, шаг 2,54 мм — 1 шт., Печатная плата 75×50 мм — 1 шт.
Печатная плата для усилителя (рис. 6) спроектирована на основе Data Sheet микросхемы BA5415A.
Рис. 6. Размещение элементов на печатной плате
Микросхема стереофонического усилителя BA5415A установлена на небольшой пластине — теплоотводе (рис. 7).
Рис. 7. Радиатор микросхемы BA5415A. Материал: дюралюминий толщиной 3…6 мм
Первый запуск и испытания
Для начала стоит проверить правильность монтажа, прозвонить соседние дорожки на замыкание. Если всё собрано правильно – подаём на плату питание, подключив динамик, а вход сигнала оставив неподключенным. Регулятор громкости при этом желательно повернуть в минимальное положение, чтобы вход микросхемы замыкался в землёй. Подаём на плату питание, сразу же должен загореться светодиод.
Теперь аккуратно поворачиваем регулятор громкости, должен быть слышен небольшой треск в динамике, ведь вход теперь «висит в воздухе». Это означает, что микросхема работает – теперь можно подавать на вход музыку, например, с плеера, телефона или компьютера. Подключать такой усилитель можно к любым колонкам сопротивлением 4-16 Ом, чем ниже будет сопротивление динамика, тем больше будет выходная мощность, соответственно и нагрев микросхемы. Удачной сборки!
Скачано: 524, размер: 15.7 KB, дата: 25.Фев.2019
↑ Усилитель для наушников на микросхеме BA5417
Также как и предыдущая, микросхема BA5417 предназначена для построения усилителей для радиоприемников и кассетных плееров с напряжением питания от 6 до 15 В. Схема усилителя для наушников изображена на рис. 8.
Рис. 8. Усилитель для наушников на микросхеме BA5417
В микросхеме BA5417 мое внимание привлекло наличие отдельных общих сигнальных «земель» в каждом из каналов (выводы 14 и 15 микросхемы), а также силового общего провода (вывод 7 микросхемы), что позволяет надеяться на лучшие характеристики усилителя.
Коэффициент передачи схемы с обратной связью (43…47 дБ) определяется отношением резисторов внутри микросхемы и внешних резисторов:
Ku=20lg[1+30000/(45+R1(R2))], где R1 (R2) — сопротивление резистора, Ом.
Конденсаторы С5 и С6 работают в цепях «вольтодобавки», имеются цепи Зобеля (R3, C9 и R4, C10) для предотвращения самовозбуждения при реактивном характере нагрузки.
Микросхема снабжена входом Stand by, при напряжении на нем выше 3,5 В включается рабочий режим, а при напряжении менее 1,2 В усилитель переходит в режим малого энергопотребления (20 мкА).
Характеристики усилителя на микросхеме ВА5417:
Выходная мощность: 3,5 Вт (4 Ом) Чувствительность: 20…50 мВ Входное сопротивление: 33 кОм Диапазон воспроизводимых частот: 20…20000 Гц Сопротивление нагрузки: 3…250 Ом Коэффициент нелинейных искажений (Rн=32 Ом, Рвых=0,25 Вт): 0,08% Соотношение сигнал/шум: 85 дБ (А) Ток покоя: 22 мА
Следует помнить, что величины емкостей оксидных конденсаторов в схеме влияют на время установления режимов работы усилителя по постоянному току после включения питания. При номиналах конденсаторов, указанных на схеме (рис. оно не превышает 0,8 с.
Детали усилителя для наушников на BA5417
DA1 — Микросхема BA5417, корпус HSIP15 — 1 шт., R1, R2 — Рез.-0,25-160 Ом — 2 шт., R3, R4 — Рез.-0,5-2,2 Ом — 2 шт., R5, R6 — Рез.-0,25-1,0 кОм — 2 шт., R7, R8 — Рез.-0,5-1,5 Ом — 2 шт., C1, C2 — Конд.10/25V 0511 +105°C — 2 шт., C3, C4 — Конд.330/25V 0812 +105°C — 2 шт., C5, C6, C8 — Конд.100/25V 0812 105°C — 3 шт., C7, C11, C12 — Конд.1000/25V 1321 (1021) +105°C — 3 шт., C9, C10 — Конд.0,15/63V К73-17 — 2 шт., Вилка 3к. на плату PLS-3 2,54 — 1 шт., Джампер JP-2 для штыревых линеек и соединителей, шаг 2,54 мм — 1 шт., Печатная плата 70×50 мм — 1 шт.
На рис. 9 представлено размещение деталей на печатной плате усилителя на микросхеме BA5417.
Рис. 9. Расположение элементов на печатной плате усилителя
Попробуйте изготовить два блока питания, чтобы на практике оценить его влияние на звучание усилителя.
Маленькая хитрость микросхемы TDA2003 (К174УН14)
Во многих устройствах применяется микросхема УМЗЧ TDA2003 (К174ун14), обычно это только устройства, питаемые от осветительной или автомобильной сети. Применение интегральной микросхемы TDA2003 (К174ун14) в портативной технике ограничено её большим током покоя.
Причем, большая часть тока покоя расходуется не на саму микросхему, а на нагрев постоянных резисторов в цепи отрицательной обратной связи по переменному току, поскольку эти резисторы, образуя суммарное сопротивление около 20 Ом (по типовой схеме) находится под постоянным напряжением выхода микросхемы, равным половине напряжения источника питания.
В результате при напряжении питания 9 вольт получается лишний ток 0,023 Ампера. Кардинально решить проблему можно, если разрезать по постоянному току отрицательную обратную связь от выхода, так как это показано на рисунке. При этом работа микросхемы никак не нарушится, а ток покоя значительно снижается.
↑ Блок питания на интегральном стабилизаторе с фиксированным выходным напряжением
выполнен на микросхеме К142ЕН8Б (12 В±3%), можно также поставить К142ЕН8Д (12 В±4%) или зарубежную LM7812.
Принципиальная схема показана на рис. 10. Микросхема DA1 стабилизатора напряжения может быть установлена без радиатора, но опыт подсказывает, что лучше установить их на небольшие радиаторы (ТО-220 micro-Uheatsink).
Рис.10. Принципиальная схема блока питания: С1…С4 типа К73-17 на рабочее напряжение 630 В; С6, С7 типа К73-17 на рабочее напряжение 63 или 250 В
Конденсаторы С1 — С4 шунтируют диоды VD1 — VD4 моста, что позволяет подавлять импульсные высокочастотные помехи, как генерируемые диодами моста, так и проникающие из бытовой сети (~220 В, 50 Гц) через понижающий трансформатор Т1.
Конденсаторы С5 и С6 используются для дополнительной фильтрации выходного напряжения, что обеспечивает стабильную работу микросхемы DA1.
Светодиод HL1 индицирует наличие выходного напряжения. Цепочка R1, HL1 позволяет разрядить электролитические конденсаторы блока питания при отсутствии нагрузки.
Детали блока питания размещены на печатной плате, рис. 11.
Рис. 11. Возможный вариант печатной платы блока питания
Сборка усилителя на TDA2003
Вся схема собирается на небольшой печатной плате размерами 45 х 55 мм, сделать которую можно методом ЛУТ. Печатная плата полностью готова к печати на лазерном принтере и не требует отзеркаливания. После перевода платы кладём ей в травильный раствор и после травления получаем такой результат, как на фото ниже.
Теперь остаётся лишь стереть слой тонера, просверлить отверстия и залудить дорожки и можно приступать к запаиванию деталей. В первую очередь устанавливаются мелкие детали – резисторы и небольшие конденсаторы, после них всё остальное. Для подключения проводов питания, динамика и источника аудиосигнала удобнее всего использовать винтовые клеммники, как я и сделал. В самую последнюю очередь на микросхему устанавливается радиатор, можно использовать абсолютно любой, подходящий на плату по размерам.
↑ Блок питания на микросхеме регулируемого стабилизатора LM317
показан на рис. 12. Резисторы R1, R2 образуют внешний регулируемый делитель напряжения, с помощью которого устанавливают выходное напряжение стабилизатора: Uвых=1,25(1+R2/R1)+IпотR2, где Iпот=50…100 мкА — собственный потребляемый ток микросхемы.
В этой формуле число 1,25 — это опорное напряжение между выходом и управляющим выводом, поддерживаемое стабилизатором в рабочем режиме.
Рис. 12. Блок питания на микросхеме регулируемого стабилизатора LM317
Минимальное значение выходного тока (около 10 мА), необходимое для надежной работы стабилизатора DA1, обеспечивает делитель R1, R2 и цепь R3, HL1.
Конденсатор C7 служит для снижения пульсаций на выходе стабилизатора. Диоды VD5, VD6 — защитные. Первый из них, диод VD5, защищает от большого обратного напряжения со стороны нагрузки, способного вывести микросхему из строя, и возникающего при случайном замыкании входной цепи или отключении источника питания.
Другой защитный диод — VD6, защищает микросхему со стороны заряженного конденсатора С7. Диод разряжает конденсатор С7 при аварийном замыкании выхода или входа стабилизатора.
В блоках питания применены распространенные компоненты. Диоды Шоттки VD1 — VD4 могут быть заменены диодным мостом KBP204, RS204, D2SBA40 (400V/2A), естественно, с корректировкой печатной платы.
Микросхемы стабилизаторов в корпусе ТО-220 установлены на небольших радиаторах высотой 25 мм, нарезанных из алюминиевого профиля общестроительного назначения (швеллера) 10×20×10×2 мм.
Силовой трансформатор Т1 — любой мощностью 10 — 30 Вт, позволяющий получить напряжение на вторичной обмотке 12,5 — 18 В при токе не менее 0,5 А.
Компоненты для блоков питания
БП на ИС 7812:
DA1 — Микросхема КР142ЕН8Б, корпус TO-220 — 1 шт., VD1…VD4 — Диод Шоттки 1N5822 (40V/3A), корпус DO-201 — 4 шт., VD5 — Диод 1N4004 (400V;1A), корпус DO-41 (замена КД243Г) — 1 шт., HL1 — Светодиод Led LG2040 d=3мм зеленый — 1 шт., R1 — Рез.-0,25-2,7 кОм — 1 шт., C1…C4 — Конд.0,01/630V К73-17 — 4 шт., C5 — Конд.4700/25V 1625+105°С — 1 шт., C6, C7 — Конд.0,1µ/63V J К73-17(имп.) — 2 шт., C8 — Конд.22/25V 0511 +105°C — 1 шт., X1, X2 — Клеммник ТВ-12А 2К шаг 5 мм на плату — 2 шт., Печатная плата 70×33 мм — 1 шт.
БП на ИС LM317:
DA1 — Микросхема LM317BT, корпус TO-220 — 1 шт., VD1…VD4 — Диод Шоттки 1N5822 (40V/3A), корпус DO-201 — 4 шт., VD5, VD6 — Диод 1N4004 (400V;1A), корпус DO-41 (замена КД243Г) — 2 шт., HL1 — Светодиод Led LG2040 d=3мм зеленый — 1 шт., R1 — Рез.-0,25-120 Ом — 1 шт., R2 — Рез.-0,25-1,0 кОм — 1 шт., R3 — Рез.-0,25-2,7 кОм — 1 шт., C1…C4 — Конд.0,01/630V К73-17 — 4 шт., C5 — Конд.4700/25V 1625+105°С — 1 шт., C6, C8 — Конд.0,1µ/63V J К73-17 (имп.) — 2 шт., C7, C9 — Конд.22/25V 0511 +105°C — 2 шт., X1, X2 — Клеммник ТВ-12А 2К шаг 5 мм на плату — 2 шт., Печатная плата 70×33 мм — 1 шт.
На рис. 13 приведено размещение элементов блока питания на микросхеме регулируемого стабилизатора на печатной плате. Принят ряд мер, повышающих стабильность работы источника питания.
Для снижения влияния тока нагрузки на стабильность выходного напряжения соединения общих выводов выполнены «звездой» в точке отрицательного вывода конденсатора С5. Для этих же целей верхний (по принципиальной схеме рис. 12) вывод резистора R1 отдельной дорожкой соединяется с выходом микросхемы стабилизатора DA1.
Минимизированы длины проводников от входного конденсатора С5 до микросхемы, а также от выхода микросхемы до оксидного конденсатора С9. Непосредственно у выводов микросхемы стабилизатора размещены пленочные конденсаторы С6 и С8.
Рис. 13. Расположение элементов блока питания с LM317 на печатной плате
При изготовлении блоков питания строго выполняйте правила техники безопасности, изложенные, например, в журнале
«Радио«, 2015, № 5, с. 54 (Осторожно! Электрический ток!)
.
Для изоляции токоведущих частей, придания внешнего вида концам экранированных кабелей и прочих работ очень удобна термоусадочная трубка. Работа с этим материалом проста. Учтите, что усадка трубки происходит примерно в два раза по диаметру, а перед работой тщательно обезжирьте место расположения трубки. Обычно термоусадочная трубка имеет температуру плавления около 120ºС, поэтому любители часто используют спички, зажигалки. Гораздо профессиональнее выполнить эту операцию с помощью инструмента, например, газового мини-пистолета (рис. 14).
Рис. 14. Газовое устройство для усадки кембрика на основе зажигалки
Схема усилителя
Усилитель звука 200 ватт
Схема усилителя проста и не содержит никаких дефицитных деталей. VR1 – переменный резистор с одной группой контактов, служит для регулирования громкости звука. Желательно использовать резистор с логарифмической характеристикой для плавности регулировки, но работать будет и обычный линейный.
Светодиод HL1 служит для индикации включения усилителя и загорается сразу при подаче на плату питания. Напряжение питания данной схемы лежит в пределах 8-18 вольт самый оптимальный вариант – 12 вольт, поэтому все электролитические конденсаторы нужно брать на напряжение не ниже 16 вольт, желательно установить больше – 25 вольт.
Микросхема, особенно при работе на большой громкости, ощутимо нагревается, поэтому ей необходим хотя бы небольшой радиатор. Конденсатор С5 подключается последовательно с динамиком и отсекает постоянную составляющую в сигнале, поэтому постоянное напряжение никак не появится на динамике, даже при выходе микросхемы из строя.
↑ Вывод
Все три варианта хороши как усилители быстрого приготовления. При эксплуатации с низкоомными наушниками (8 — 32 Ом) явное преимущество за усилителем на микросхеме BA5415A. Предлагаемые усилители могут быть с успехом применены в радиоприемниках, тюнерах, проигрывателях грампластинок и других устройствах.
Усилители на микросхемах ВА5415А и ВА5417 имеют избыточную для современных устройств чувствительность. Усилители хорошо сочетаются с самыми различными источниками сигнала, в том числе со звуковыми картами персональных компьютеров и ноутбуков, усиление 20…22 дБ. Для согласования можно рекомендовать включить резисторы последовательно с регуляторами громкости или поставить перед усилителем пассивные регуляторы тембра.
Значение сопротивлений резисторов составит 82…110 кОм и 330…430 кОм соответственно для усилителей, показанных на рис. 4 и рис. 8.
Обращаю внимание охотников на то, что схему, показанную на рис. 8 можно использовать совместно с направленным микрофоном в качестве усилителя слуха для охоты.
Напряжение питания следует уменьшить до 6…9 В, а усиление поднять до 46 — 47 дБ уменьшением сопротивлений резисторов R1, R2 до 91…100 Ом.
↑ Дополнения камрадов
11.22.2016 Курасов Максим / maxkur
:
Печатка в Лэйке, схема, фотка:
