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.
Сама конструкция усилителя не претерпела принципиальных изменений. Тем не менее достаточное количество улучшений набралось, чтобы вынести описание новой конструкции в отдельную статью.
- Решено было изменить основной рекомендуемый ОУ, применяемый в качестве УН, на OPA189.
- Была произведена значительная оптимизация трассировки платы. Добавлены скругления дорожек.
- На выходе усилителя решено было добавить цепь Цобеля-Буше для лучшей устойчивости усилителя с разными ОУ.
- Увеличены габаритные размеры и номиналы емкостей по питанию усилителя.
- 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.
- И главное, на плату добавлены метки которые приведены в соответствие со схемой, что должно облегчить сборку усилителя для начинающих радиолюбителей.
Схема усилителя AH-P2
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
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.
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.
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.
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.
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?
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.
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.
Приблизительно так, но еще не собрал :)
AH-P2 BOM
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?
«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.
Напряжение на выходе стабилизатора определяется формулами Uпит(+) = 5 * (R35 + R38) / R38, для отрицательного Uпит(-) = 5 * (R50 + R46) / R46
Снял повторно спектр после замены микросхемы во входном буфере АЦП. Нагрузка 47 Ом. В канале с U4 искажения ниже.
В плате 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.
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.
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...
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
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.
Ссылку на плату в версии V3 планируете выложить? Или она на сайте есть? Спасибо.
Планирую выложить в течение пары недель, платы уже давно лежат, но пока руки у самого не дошли их собрать и проверить. Как назло и все желающие потестировать начали собирать друге усилители, пока никто не отчитался о сборке P2.
Спасибо! Подождем.
подскажите как правильно организовать регулировку громкости, например, от источника AH-D6 ?
Никитинский РГ или см. здесь: http://audiohobby.ru/forum/45-regulirovka-gromkosti-pcm1794.html
Подскажите пожалуйста необходимую мощность трансформатора. И еще вопрос — вместо BLM21PG220SN1D допускается ли использовать какой либо другой, например BLM21PG300SN1D, или BLM21PG221SN1D?
Трансформатор выбирайте в диапазоне 10-30Вт в зависимости от того какая нагрузка и какой ток покоя выставите.
Вместо индуктивности резистор-перемычку поставьте.
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
Не подскажете какая минимально допустимая емкость конденсаторов C3, C9, C13, C19?
100мкф
Сложно что-то тут подсказать, проверяйте монтаж и номиналы, где-то значит на километр ошибочка. Может проблема в источнике, а может так намеряли, на слух тоже слышно завал?
В схеме нет ничего, чтоб могло бы дать такой завал.
Спасибо за ответ!
проверю еще раз монтаж
.
звуковая ачх ,
Смотрите C40/C30 единицы измерения пикофарады, ну и
«Емкости С4 и С20 устанавливать не следует (на схеме n.c. = not connected).»
С4 и С20 не установлены
С30\С40 по 240 пикофарад
Ну тогда остается монтаж, ну или как вариант левые детальки. На форуме предлагаю создать тему и туда фотографии выложить. Может общими усилиями заметим что-то и подскажем.
Создал тему — audiohobby.ru/forum/447-obsuzhdenie-voprosov-po-zapusku-i-otladke-usilitelja-ah-p2-v2-0.html
Причину нашел !
звуковая SB0570 на Win7 на себя работает ( выход на вход)
а при подключении к ус. дает глюк ... на ВЧ
проверил на Win XP все ок!
Спасибо за понимание!
Вопрос автору. Андрей, норма ли что ограничение у этого усилителя несимметричное? В верхней полуволне оно наступает заметно раньше.
И второй вопрос. Вы предпринимали какие то доп действия, чтобы убрать выброс на фронте ( ad744, 2sc3421) ?
1) Несимметричное ограничение не считаю серьезной проблемой, с большинством динамических наушников усилитель эксплуатируется в дали от ограничения. Тем не менее, когда у самого появились изодинамические наушники с низкой чувствительностью, пришлось увеличить КУ и немного увеличить напряжение питания и снова забыть об ограничении.
2) Действительно у ad744 совсем небольшой запас устойчивости, но как раз с ней проблема решается легко добавлением компенсации 6.8-12пф с 5 на 8 вывод. Хотя на слух мне больше нравится вариант без компенсации, но с 2sc3807 / 2SD2165 на выходе, для них Q5 вообще не нужен ( ставится перемычка с Б->Э Q5 и удаляется R19).
Коррекцию между 5 и 8 ногами делал. В моем случае емкость 12пф убирает небольшой затухающий колебательный процесс после выброса, но сам выброс до конца не убирает. Оставлю так, тем более Агеев вообще когда-то говорил, что небольшой выброс даже лучше по звуку.
Вопрос — а платок не осталось у кого нить, возможно киты?
Осталось 2 платы нового варианта v3
Заменил транзисторы ВК в усилителе с bcp56 на 2sd2165 от nec. Разница на лицо, в разы стало лучше. Надо как-то радиатор примудрить. Теперь другое мнение о усилителе)))))
bcp — по сравнению с NEC самый халам. Тут, конечно, еще и производителя многое зависит, так nxp и особенно ST совсем не звучат (с Чип-Дипа), а старые от инфенон, что брал давно в Тераэлектронике, были еще ничего.
Сейчас даже в стабе их (bcp от nxp и ST) начал в топовых проектах избегать т.к. даже там, разница хоть и слабо заметна, но все же прослушивается на хорошем тракте.
В питании панасы FR? Поменяйте их на силмики или хотя бы ничиконы KZ, станет еще лучше. FR портят высокие, неприятный окрас дают, ВЧ сильно режут.
Нет там FR. Начальные nichicon kw, после стаба панасы nhg. Нравятся они мне в этом месте. Примудрил так радиаторы, на сколько эффективно работать будут, понимаю что ребра вниз, посмотрим. Посадил на термоклей.
Подскажите пожалуйста как в данном усилителе поднять входное сопротивление до 20 Ком, можно с некоторым ухудшением шумовых характеристик?
Пока на ум приходит только мысль увеличить резисторы R21, R25.
Ситуация следующая: Источниками для этого усилителя будут использоваться древние СД плееры Ямаха CDS 300 и Над С516, для них родное входное сопротивление этого уся сильно перегружает выход, усугубляет еще то что наушники там Fostex T40RP MK3, они тугие, поэтому коэфицент усиления = 4, т.е. резистор в обратной связи уже довольно высокого номинала.
Увеличьте в 2 раза номиналы R25, R21, R1, R60, R64, R9.
В этом случае конденсаторы С30 и С40 уменьшать не нужно?
Не нужно.
Спасибо!