Простой усилитель для наушников AH-P2 с повторителем Тейлора-Уайта v2

Решено было обновить ревизию платы и заодно внести некоторые улучшение в ранее мной предложенную конструкцию усилителя для наушников с повторителем Тейлора-Уайта.

Усилитель для наушников AH-P2v2

Сама конструкция усилителя не претерпела принципиальных изменений. Тем не менее достаточное количество улучшений набралось, чтобы вынести описание новой конструкции в отдельную статью.

  1. Решено было изменить основной рекомендуемый ОУ, применяемый в качестве УН, на OPA189.
  2. Была произведена значительная оптимизация трассировки платы. Добавлены скругления дорожек.
  3. На выходе усилителя решено было добавить цепь Цобеля-Буше для лучшей устойчивости усилителя с разными ОУ.
  4. Увеличены габаритные размеры и номиналы емкостей по питанию усилителя.
  5. Кроме этого решено было для УН и ВК применить свои отдельные емкости, отделив их от выхода стабилизатора низкоомными резисторами, что значительно снизило их взаимное влияние по цепям питания друг на друга. 
  6. И главное, на плату добавлены метки которые приведены в соответствие со схемой, что должно облегчить сборку усилителя для начинающих радиолюбителей.

Схема усилителя AH-P2

Схема усилителя для науников AH-P2 ревизии 2.0

Коэффициент усиления усилителя задается отношением R1 /R21 (R9/R64). При использовании высокоомных наушников R1 и R9 можно увеличить до 33кОм.

Плата допускает установку ОУ как в soic8 так и в DIP8 корпусах. Со стандартным 6 выходом для снятия сигнала предлагается использовать:OPA189, OP42, LT1122, ADA4627, OPA1641, LME49990, OPA627, OPA827, OP42, AD845. Цепь точной подстройки 0 надо устанавливать согласно документации на выбранный ОУ. Для большинства ОУ постоянная составляющая на выходе не превышает 5мВ и подстрока 0 не требуется. 

Плата также допускает установку AD744, для которой рекомендуется использовать 5 выход для снятия сигнала, для этого следует переставить резисторы R27 и R63 в положения R30 и R65.

В качестве выходных транзисторов можно применить 2sc3420, 2sc3421 производства Toshiba, с несколько худшим результатом можно использовать BD139 производства Philips.

Также можно рассмотреть к применению транзисторы в TO220 исполнении, например:  2SC4793, 2SC5171 производства Toshiba или 2SD2165 от NEC (лучший выбор). Следует отметить что цоколевка у них зеркальная относительно to126, поэтому транзисторы придется развернуть на 180гр.

Емкости С4 и С20 устанавливать не следует (на схеме n.c. = not connected).

Питание усилителя

Схема стабилизатора питания усилителя для наушников AH-P2

Оба канала усилителя питаются от общего стабилизированного источника питания с выходным напряжением ±8.5в, стабилизаторы для положительного и отрицательного напряжения выполнены по классической схеме ИОН-ФШ-ОУ, что позволяет получить предсказуемо отличный результат без лишних затрат.

Ток покоя задается построечными резисторами R4(R7). Для работы на нагрузку 200 Ом и выше рекомендуется выставить ток покоя ~ 20-25мА. При работе на нагрузку 64 Ома для минимизации искажений ток покоя придется увеличить до 35-50мА, при этом выходные транзисторы усилителя и стабилизатора придется оснастить радиатором. При работе на нагрузку 32Ома ток покоя рекомендуется выставить ~50-70мА.

Плата предусматривает установку транзисторов как в to126 исполнении (например BD139) так и в SMD исполнении SOT-223 (например BCP56). Аналогично в стабилизаторе питания могут быть установлены BD139/BD140 или BCP56/BCP53.

Напряжение на выходе стабилизатора определяется формулами Uпит(+) = 5 * (R35 + R38) / R38, для отрицательного Uпит(-) = 5 * (R50 + R46) / R46

Печатная плата

Усилитель собран на двусторонней печатной плате размером ~50х100мм. Плата подготовлена для заказа на производстве.

 3D-вид печатной платы усилителя для наушников AH-P2 с компонентами:


Замеры искажений усилителя AH-P2

В измеряемом экземпляре в качестве ОУ была установлена AD744. Ток покоя выходного каскада составил 50мА.

Согласование по входу для АЦП (2V RMS — 0db) производилось делителем на его входе.

Замеры искажений усилителя на нагрузку 56 Ом при амплитуде выходного сигнала 2,8В для каждого канала.

Замеры искажений усилителя на нагрузку 56 Ом при амплитуде выходного сигнала 4В для каждого канала.

Увеличив ток выходного каскада можно добиться меньших искажений при большем уровне сигнала, но для моих наушников это уже запредельный уровень громкости от которого можно оглохнуть.

Сылка для заказа печатных плат в Китае

Вложение:
scheme.png 35 Кбскачан 79 раз
Вложение:
scheme-stab.png 36 Кбскачан 71 раз
RSS
11:08
Андрей, а напомни, почему ты R4 R7 не посадил на минус питания?
admin  
11:31
По разводке так проще получилось.Хотя можно было бы и на «-» посадить для лучшего выравнивания потребления по обоим плечам питания.
18:16
Сделал заказ плат, как приедут могу выложить парт-лист, если он раньше моего ответного сообщения не появится) надеюсь «Схему усилителя я рисовал к уже готовой и проверенной плате, поэтому в ней возможны опечатки»© с номиналами там всё нормально будет =)
15:19

Почему резисторы R21, R1, R64, R9 (задающие КУ схемы) таких высоких номиналов? Насколько я понял, для звука не очень хороши резисторы номиналов бОльших, нежели 10к. Почему здесь выбран именно данный вариант, а не, например 5к и 13к?

Насколько я понял Р25 и Р60 — это входное сопротивление схемы и его лучше не уменьшать ещё больше.

admin  
22:20

Входное сопротивление ~ R25 || R21. Отсюда приходится идти на компромисс, чтобы не делать входное сопротивление слишком низким. Все зависит от источника, при работе с AH-D6 можно выбрать более низкие номиналы. Если вздумаете делать регулировку громкости, то придется еще поискать низкоомный регулятор.

Кроме этого здесь не случайно выбрана OPA189, как основной рекомендуемый вариант ОУ. Гляньте 24 страничку даташита. The OPAx189 family has both low voltage noise and low current noise because of the CMOS input of the op amp. As a result, the current noise contribution of the OPAx189 series is negligible for any practical source impedance, which makes this device the better choice for applications with high source impedance.

10:33
Запустил усилитель.Заработал сразу,ток покоя выставил 50ма.Потребовалось слегка скорректировать усилитель,был небольшой пичок на меандре,поставил 9пф.По идее надо было еще уменьшить,но кондеров меньше номиналом не было.Входной опер opa189,постоянка на выходе в одном 0мв в другом 0,2мв.Нагружал усилитель на 20 ом 2в RMS,что интересно,один канал почти не видит нагрузки,а другой заметно больше даёт искажений(не критично конечно,но все таки).Транзисторы bcp56-16 не подбирал.Отмечу хороший бас у усилителя.
16:01

Здравствуйте, собрал три платы данного усилителя, заметил следующую особенность-на всех трех платах в первом канале (тот в котором R1) уровень второй гармоники на 10db выше чем во втором канале, операционники AD744, менял их местами, ситуация не меняется. (Ток покоя 50 ма. нагрузка 15 ом напряжение на выходе 4в.)

 На уровнях выходного напряжения до двух вольт уровень искажений в обоих каналах практически одинаков.

admin  
18:09

Добрый вечер, странно получается. Посмотрю у себя завтра. По идеи должны быть идентичны, если в разводке не ошибся.

Измерения проводились для обоих каналов на один канал АЦП / ЗК или в стерео режиме? 

19:53
Да, измерения проводились на один и тот-же канал АЦП, источник тоже один для обоих каналов.
admin  
11:37

Выложил замеры своего экземпляра. Искажения обоих каналов достаточно близки.

Следует отметить что ВК усилителя работает в классе А хоть и экономичном. Так увеличение тока через верхний транзистор снижает ток нижнего управляемого ИТ. Но если ток покоя недостаточный, нижний транзистор начинает закрываться.  В этот момент и происходит резки рост искажений ВК и самого усилителя (для ВК с 0.001-0.005% до 0.1-0.5%). Для нагрузки 16Ом чтобы не было роста искажений при амплитуде 4в ток покоя по моим прикидками должен быть порядка 120-160мА.

21:39
Если не секрет — выложите, пожалуйста, гербер файлы, чтобы можно было заказать платы на jlcpcb
10:41
Заменил опера opa189 на ad744.С 744 звучит интересней.Но отписывались люди выше, особенность повторяется,уровень второй гармоники на 10дб выше в одном канале,чем другом.
11:08
Ткните пожалуйста где на схеме R16, не могу найти
13:55
Кто-нибудь, кто уже собирал ушник, выложите список деталей для общего пользования. Так всем будет хорошо. А так, наверное, каждый по отдельности сидит себе с линейкой над платой и вымеряет: «Ага вот тут надо 1206, а здесь 0603, а тут, а тут...» Заранее благодарю добрых людей.
22:31
+2

Самый распространенный типоразмер — 0805.

R11, R31, R47, R66,

R13, R39, R44, R69,

R17, R36, R49, R68,

R2, R8,

R23, R61, R28, R40, R41, R57 — 1206 (резисторы в этой строке имеют сдвоенное посадочное место).

C5, C16 — 1206

C24, C44, C26, C32, C42, C45 — 1210

C23, C29, C37, C43 — скорее всего 2512.

Элементы в цепях коррекции и установки нуля (на схеме их нет) — 0603.

C3, C9, C13, C19 — диаметр 8, между ног 3,5 мм

C1 (на схеме C101), C6, C11, C18 — диаметр 10, между ног 5 мм

C2, C14 — диаметр 22, между ног 7,5 либо 10 мм.

Вроде так.

treyr  
16:26
+1

Приблизительно так, но еще не собрал :)

AH-P2 BOM

19:19
Здравствуйте, резисторы 2Е2 можно уменьшить или увеличить?
admin  
17:47
R31/ R11 допустимо менять в диапазоне 2.0-2.4Ом, большее изменение может привести к тому, что вы просто не попадете в нужный диапазон для регулировки тока покоя.
16:20 (отредактировано)

Правильно я понимаю, что резисторы R35/R38 задают выходное напряжение источника питания?

Еще вопрос по выходному напряжению трансформатора. 

Правильно я понимаю, что если использовать ~2x12В, то транзисторы Q2 и Q202 больше будут греться в остальном, если элементы проходят по напряжению — не критично?

admin  
19:21

 «R35/R38 задают выходное напряжение»

-верно, но не забываем и про минусовое плече.

«Правильно я понимаю, что если использовать ~2x12В, то транзисторы Q2 и Q202 больше будут греться в остальном, если элементы проходят по напряжению — не критично?»

— да верно, но, действительно, оптимальнее пересчитать делитель стабилизатора и увеличить выходное напряжение, если позволяет выбранный ОУ. Если при этом не хватило диапазона регулировки  тока покоя (в сторону уменьшения), то рекомендуется увеличить номинал R22(58) до 15-20 Ком.

Оптимально оставлять 3-4В запаса по напряжению, для нормальной работы стабилизатора. 

admin  
19:27

Напряжение на выходе стабилизатора определяется формулами Uпит(+) = 5 * (R35 + R38) / R38, для отрицательного Uпит(-) = 5 * (R50 + R46) / R46

22:12 (отредактировано)

Снял повторно спектр после замены микросхемы во входном буфере АЦП. Нагрузка 47 Ом. В канале с U4 искажения ниже. 

admin  
09:53

В плате в неудачная трассировка в канале с U1. Цепь обратной связи правильнее было бы протянуть к нижнему транзистору. А так сопротивление дорожки, соединяющей эмиттер верхнего и коллектор нижнего транзистора с уменьшением сопротивления нагрузки начинает влиять.

admin  
10:18 (отредактировано)

Конечно, для высокоомной нагрузки от 64ом это вообще не заметно даже на приборах. При более низкоомной, можно пропаять дорожку куском медного провода сечением 0.5мм, это снизит ее сопротивление более чем на порядок, разница в замерах должна исчезнуть.

22:13 (отредактировано)
+1

Спасибо за наводку. Переделал в проблемном канале цепь ОС. Выпаял резистор R1 (он у меня 0.1%). Обрезал проводник цепи ОС от R21. R1 припаял непосредственно на вывод 2 U1. С другого конца резистора проводком кинул на коллектор Q6. Поменял электролиты в питании ОУ на Nichikon KA. Вуаля 0.000057% !!!

Нагрузка та же — 47 Ом 2 Вт MO

P.S. по хорошему плату бы переразвести надо...

16:44 (отредактировано)
+1

изменения, которые я внес в разодку заключались в том, что резистор в ОС должен быть подсоединен непосредственно на вход ОУ, иначе по входу опер. ловит наводки

admin  
19:14

Уже заказаны платы новые для версии v3, но к сожалению пока доставка не радует оперативностью. Новая разводка, там это учтено, добавлена возможность балансного подключения. Плата по умолчанию предусматривает использование транзисторов в TO220 корпусах. Кроме этого можно будет использовать эту плату и как фильтр для цапов с выходами по напряжению. 

20:52

подскажите как правильно организовать регулировку громкости, например, от источника AH-D6 ?

07:21

Никитинский РГ или см. здесь: http://audiohobby.ru/forum/45-regulirovka-gromkosti-pcm1794.html

21:58

Подскажите пожалуйста необходимую мощность трансформатора. И еще вопрос — вместо BLM21PG220SN1D допускается ли использовать какой либо другой, например BLM21PG300SN1D, или BLM21PG221SN1D?

admin  
09:39

Трансформатор выбирайте в диапазоне 10-30Вт в зависимости от того какая нагрузка и какой ток покоя выставите.

Вместо индуктивности резистор-перемычку поставьте.

 

20:03

Взял ТП-132-19 ТОРЕЛ 7.2ВА 2х9В, боялся что под нагрузкой просядет, а нет — на входе усилителя напряжение практически холостого хода ~11.2В

У этого трансформатора первичка намотана отдельно от вторички, поэтому сетевые гармошки меньше попадают в сигнал

13:29

Не подскажете какая минимально допустимая емкость конденсаторов C3, C9, C13, C19?

admin  
14:42

100мкф