Сравнительный тест Операционных Усилителей для Аудио

ХУ-это усилитель для наушников

Конструктор усилителя для наушников. Надеялся, что магазин пришлет этот конструктор на обзор. Не дождался. Купил за свои. Но это и к лучшему — нормально не спеша собрал аппарат. Результат — в этом обзоре.

Продают этот конструктор и на али. Но там он стоит 17$ — aliexpress.com/item/Free-Shipping-DIY-HIFI-Fever-Amp-Headphone-Amplifier-Kit-AC15V-High-Quality/32573566932.html. На ebay цена такая же как и на banggood. Ищется по словам «DIY HIFI Fever Amp Headphone Amplifier Kit». В собранном виде не видел.

Характеристики:

Напряжение питания: переменное 15V Максимальная мощность: 300mW сопротивление наушников: 32 — 600 ohm 15Hz-100KHz SNR: >100dB Искажения: <0.02% Разделение каналов: >70dB

Пришло в стандартном черном мягком пакетике. Комплектация:

Инструкция на китайском:

Двусторонняя печатная плата — изготовлена качественно, дорожки разведены нормально:

Размер платы — 86 мм х 125 мм. На плате надпись XY HiFi ver 1.1 Отверстий для установки в корпус нет. Предполагается устанавливать в корпус с боковыми «рельсами» под плату. Но их можно просверлить но углам платы — дорожки не повредятся. В этом случае уста вливать плату в корпус лучше на капроновые ножки. Номиналы деталей на плате не подписаны. Подписаны на инструкции. Принципиальной схемы аппарата нет. На странице товара есть ссылка на схему, нарисованную покупателем Vlad-1357

. Если он читает эту страницу — большое ему спасибо.

Я перерисовал ее на компьютере:

Детали:

В блоке питания — 4007 диоды. В оконечном транзистором каскаде — 4148 диоды. Схема защиты наушников от постоянного напряжения на выходе и задержка включения на микросхеме uPC1237. Сразу до сборки заменил все конденсаторы на нормальные — WIMA и Nichicon:

Спаял:

Замечания по сборке: 1. Про замену всех конденсаторов писал выше. Как на стоке звучит не знаю. 2. Очень рекомендую заменить операционный усилитель NE5532 на OPA2134PA. Стоимость такого апгрейда около 200 р. Усилитель начинает играть чище и приятнее. 3. По питанию — пробовал запитать схему от двух раздельных обмоток трансформатора на 15 В через диодные мосты — на слух измерений никаких в звуке не заметил. Вернул оригинальную схему питания. 4. Светодиод индикации питания синего цвета. Светит не особо ярко. при желании можно поменять. 5. Переменный резистор регулятора громкости на 50 кОм сначала показался нормальным — не трещал. На нулевой громкости не слышно сигнала. Но потом получше прислушался. Баланс каналов нарушен — правый канал играет громче левого. Был заменен на ALPS RK27 A50К (https://mysku.ru/blog/ebay/40146.html). 6. Трансформатор для питания использовал залитый трансформатор BVEI 304 2043 (2.6VA 230V 15V/174mA). Покупал оффлайн в магазине «Электроника». На пределе усиления (синус на вход с генератора) такой трансформатор греется градусов до 30-40. Понятно, что так скорее всего усилитель никто использовать не будет. В штатном режиме чуть теплый. 7. Транзисторы BD139/BD140 подбирал парами с одинаковым статическим коэффициентом передачи тока h21э с помощью «народного тестера транзисторов». 8. Транзисторы и стабилизаторы питания почти не греются. На радиаторы можно не устанавливать. 9. Гнездо под наушники 3,5 мм заменил шестимиллиметровым гнездом. Отвод под выход с джека сделал для использования усилка в качестве предусилителя, если наушники отключены. 10. Тумблер отключения питания выкинул — запаял перемычкой.

В качестве нагрузки — два резистора на 51 Ом (у меня наушники Sennheiser HD595 50 Ом). Тестируем генератором сигналов: Максимальное усиление — дальше если увеличивать амплитуду сигнала получаем клипинг:

Впаял временно после диодов выпрямителя в разрыв питания по резистору в 0.22 Ома для измерения тока покоя и макс потребление. Отключил сигнал на входе. Ток покоя:

По закону Ома по падению напряжения на резисторе считаем 0.005 В / 0.22 Ом =0.022 А Макс. потребление. Подаем сигнал с генератора до входа усилителя в клипинг и получаем:

Ток плавно увеличивается с увеличением амплитуды входного сигнала. Значит усилитель работает в классе В.

По закону Ома по падению напряжения на резисторе считаем 0.018 В / 0.22 Ом =0.082 А Итого усилитель максимально потребляет 2*0.082 А* 15 В =2.45 Ватт. Еще сколько то (немного) потребляет защита.

Подключил наушники. Звук понравился. Фона почти не слышно. После размещения в корпус, экранирования входных-выходных цепей, разводки земли и подкл. к корпусу фон пропал. Так же пропало возбуждение усилителя от сотового телефона. Звук качественный, прозрачный, детальный. Высокие, низкие и средние хорошо слышно. Окраса звука какого-то тоже не слышно. Начинает усилитель играть хорошо сразу. «Прогрев» не нужен. Во время работы усилитель холодный. Для наушников в 100-150$ будет идеальным аппаратом. Более дорогих наушников в наличие не имеется.

Разместил конструкцию в корпусе от старого CDROM. Стандартное решение

Итог:

ОБНОВЛЕНИЕ ссылка на видео где кто-то собирает этот усилитель — www.youtube.com/watch?v=Ti6OSXfvzGg

Сравнительный тест Операционных Усилителей для Аудио

Всё получилось как бы само собой: отлаживал я стенд для частотного анализа своих изделий, добивался минимального уровня искажений. Ведь очень хочется, чтобы за шумами и искажениями стенда можно было разглядеть то, что привносит тестируемый аппарат. В процессе отладки не смог удержаться и протестировал все более или менее качественные Операционные Усилители (ОУ), имевшиеся под рукой на тот момент.

В качестве АЦП была взята плата XMOS “XK-USB-AUDIO-U8-2C” (на ней АЦП CS5340). Есть на ней и ЦАП, но сравнив уровень помех от этой платы, и то, что выдавала купленная на eBay платочка ЦАП на AD1955 (всего было проверено 9 различных ЦАП’ов и звуковых карт), всё неумолимо разрешилось в пользу менее претенциозного, и одновременно ощутимо менее шумного брата родом из Поднебесной (увы, оба моих FluidDAC уже не у меня трудятся). Максимально достижимым режимом для данной комбинации ЦАП-АЦП оказался режим 24 бита 96 КГц. Цифровое аудио с компьютера завёл на ЦАП через USB→I2S/SPDIF преобразователь на CM6631A.

Характеристики операционных усилителей не всегда позволяют предсказать поведение данного экземпляра в конкретной схеме. Правды ради надо отметить, что в нескольких весьма дотошных документах на так называемые «аудио ОУ», приводится даже картинка гармонических искажений, вносимых тем усилителем (с грустным преобладанием высших нечётных г.) Чаще же там находится одинокая цифра Кг / THD.

На плате ЦАП присутствуют три сдвоенных Операционных Усилителя (ОУ). Вот схема одного канала из документации AD:

В полном соответствии с рекомендациями производителя, два ОУ работают преобразователями ток-напряжения (I-V converter) для ЦАП с токовым выходом, третий ОУ сводит дифференциальный сигнал в однофазный. Требования к ним различаются: ОУ в I-V преобразователе должен быть скоростным и с хорошей нагрузочной способностью, тогда как выходной ОУ (дифференциальный операционный усилитель) более щепетилен на предмет искажений по входу и выходу.

Китайцы ставят неплохие ОУ (с разборки! но это отдельный разговор), и они явно не особо вдаются в детали, так что изначально все три ОУ на плате ЦАП были одинаковыми, и результат был далёк от идеала.

После примерно двух сотен замеров сложилась картинка, которая радовала своей сообразностью тому, что в прошлом я наслушал, сравнивая различные ОУ в макете JAST-Amp усилителя. Тогда лучшим из отслушанных вышел OPA2132, чуть меньше понравились OPA2134 и OPA2604, они шли примерно на равных. Тогда же помню меня удивило вполне приличное звучание TL072. А вот OPA2111 играли совсем неубедительно. ОУ с биполярами на входе в JAST-Amp я тогда не опробовал.

Результаты измерений представлены в табличке. Не все сочетания были обмерены, соответственно остались незаполненные клеточки.

На всякий случай: ссылка на таблицу в google docs.

В таблице приведены моментальные значения коэффициента гармоник (Кг / THD) в %, частота основного тона 1КГц, в квадратных скобках — тоже величина THD, но измеренная на частоте 1100Гц. В реальности значение Кг, которое программа рассчитывает, постоянно меняется в пределах нескольких знаков младшего разряда. Лучшие операционные усилители, а точнее результаты замеров для лучших комбинаций I/V и дифференциального, выделены в таблице зелёным цветом. Совсем негодные — красным.

Самое же интересное видно на спектрограммах: какие гармоники порождает каждый ОУ, а также их различные сочетания. Цель данного обмера была — заполучить минимальный уровень всех гармоник для измерительного стенда. Однако для ЦАП, который будут слушать, вполне можно допустить преобладание второй гармоники — это будет незаметно для уха, или добавит немного мягкости звучания. А вот преобладание третьей гармоники (и высших нечётных) — сразу настораживает, стоит ли такой ОУ вообще ставить в звуковой тракт…

По каждому измерению доступны снимки экрана спектрометра. Приглашаю на ОУ-медитацию