Своими руками карманный усилитель для глухого. Делаем высококачественный усилитель для наушников. Изготовление печатной платы

Из-за большого объема информации и фотографий статья будет разделена на две части. В первой части Вы узнаете краткую информацию, которая поможет сориентировать Вас на предстоящую работу, во второй части я опишу , а так же поделюсь своими впечатлениями после его прослушивания.

Схема
За основу была взята классическая бестрансформаторная SRPP схема с использованием радиолампы 6н6п, автором которой является Олег Иванов. Схема была мной незначительно изменена и переработана. Были подобраны свои номиналы радиоэлементов и изменена часть схемы блока питания.В зависимости от выбора способа выпрямления анодного напряжения, можно применить выпрямитель на кенотроне либо использовать диодный мост.

Выбор в пользу использования в выпрямителе диодного моста либо кенотрона дело каждого. На диодах минимальное падение анодного напряжения, нет такой нагрузки на трансформатор, также не требуется отдельная накальная обмотка. Для большинства схем ламповых УНЧ диоды вполне подойдут 1N4007.

Кенотронное выпрямление напряжения является классическим методом в ламповой технике, многие отдают ему свое предпочтение из-за эстетических соображений и некоторых преимуществ над полупроводниковыми диодами.

Плюсы в кенотронном питании схемы:
— Плавная подача анодного напряжения, что позволяет продлить срок службы радиоламп усилителя (косвеннонакальный кенотрон);
— Практически полное отсутствие сквозного и обратного тока;
— Ограничение бросков тока в момент включения за счет плавного разогрева катода и подачи напряжения на LC-фильтр цепи анодного питания;
— Уменьшение величины импульсов тока подзаряда конденсаторов фильтра.

К недостаткам кенотронного питания можно отнести:
— Высокое внутреннее сопротивление, из-за которого происходит просадка анодного напряжения;
— Ограниченный ресурс работы кенотрона;
— Для питания кенотрона требуется дополнительная накальная обмотка и вывод средней точки анодной обмотки силового трансформатора;
-При неправильном подборе элементов фильтра, кенотрон может выйти из строя из-за броска тока.

Для устранения пульсаций анодного напряжения используют дроссель с индуктивностью порядка 5Гн (в основательном подходе индуктивность рассчитывается согласно пульсациям БП УНЧ). В данной схеме был использован дроссель Д31-5-0,14.

Макет
Для проверки работоспособности схемы обычно изготавливают макет. Во время работы с макетом можно неоднократно добавлять и менять расположение радиодеталей, менять компоновку, дорабатывать схему, так же решать вопросы, которые могут возникнуть при постройке лампового усилителя. Макет прост в изготовлении. Макетирование схемы можно выполнить навесным монтажом «на проводах» либо используя монтажные стойки. Фанерная основа для макета проста в механической обработке, хорошо сверлятся отверстия и податлива напильнику. Главное при распайке схемы сделать хорошую земляную (минусовую) шину.
Монтаж на макете отличается от финального монтажа на шасси. При сборке готового лампового усилителя не допустимы длинные провода и расположение незакрепленных элементов схемы на шасси.

Шасси и элементы корпуса лампового усилителя
Шасси обязательно должно быть железное, так же из этого материала изготавливают защитные кожухи на трансформаторы. Железо является ферромагнитным материалом, его использование убережет от различного рода наводок и избавит от возможности их появления.
Шасси можно самостоятельно выкроить из листового метала, например, из кровельного железа, использовать старый корпус от системного блока компьютера или подобрать подходящую по габаритам металлическую коробочку. Не стоит так же забывать о железных вентиляционных рукавах (коробах).

Защитные кожухи на трансформаторы изготавливаются по аналогии с шасси, либо используют уже готовые решения (различные металлические коробочки, стаканы-баночки из нержавейки). В защитных кожухах следует сделать вентиляционные отверстия для отвода теплого воздуха.

На этапе проектировании шасси следует задуматься о концепции общего вида готового изделия. Лакокрасочное покрытие должно быть нанесено на шасси до того как к нему будет что-то прикручено. Если будут использоваться различные декоративные накладки, то следует продумать заранее и сделать отверстия для их установки.

Радиодетали

Для предотвращения выхода из строя, перегрева и ухода в насыщение силовой трансформатор выбираем с запасом по мощности. Электролитические конденсаторы в фильтре цепи анодного питания также берут с 20% запасом по напряжению. Для уменьшения влияния температуры и внешних атмосферных факторов выбираем советские резисторы с небольшим запасом по мощности. Входные-выходные сигнальные гнезда, корпуса конденсаторов должны быть изолированы от шасси. Шунтирующие конденсаторы выбираются предпочтительно пленочные.

Перед монтажом подберите радиодетали путем измерения мультиметром близко к номиналу, согласно схемы. Так же неплохо проверить силовой трансформатор. Часто трансформаторы для экономии медной проволоки изначально недоматывались на заводах, что приводило к большому току холостого хода первичной обмотки, а это в свою очередь сказывается на гуле трансформатора.

Инструменты для работы
Для удобной работы при постройке лампового усилителя подойдут все слесарные инструменты. Диэлектрические рукоятки инструмента должны быть без повреждений изоляции. Многое, если почти не все, приходится дорабатывать напильником и надфилем.

Для того, чтобы просверлить отверстия в металлическом шасси используют ступенчатое сверло конусовидной формы. Так же для изготовления большого отверстия под ламповую панельку можно воспользоваться несколькими способами. Например, циркулем начертить окружность необходимого диаметра и по линии плотно сверлятся отверстия, затем надфилем стачиваются перемычки между отверстиями. Идеальным способом для сверления является использование сверлильного станка, но большинство лампостроителей обходятся обычной дрелью или шуруповертом.

Для пайки схемы используют мощный паяльник для лужения толстых проводов и проволоки, радиодетали паяются паяльником меньшей мощности, чтобы их не перегреть. Для снятия изоляции проводов и лаковой изоляции на проволоке подходит острый канцелярский нож или скальпель (при зачистки старайтесь не стачивать саму медную проволоку). Хороший пинцет здорово облегчит работу при монтаже и может быть использован как теплоотвод.

Штангенциркуль поможет с точным определением размеров деталей, а также поможет определить диаметры и отверстия для них. Для разметки отверстий используйте линейку и циркуль. Имея в своем радиолюбительском арсенале микрометра, Вы без труда сможете определить диаметр проволоки.

Расположение радиодеталей на шасси
Силовой трансформатор размещаем сверху шасси – это убережет выходные цепи от наводок, исходящих от трансформатора. Радиолампы, гнезда входа–выхода аудиосигнала делают подальше силового трансформатора. Гнезда, на которые будет подаваться-сниматься аудиосигнал, как и переменный резистор регулятора громкости, располагаем близко друг к другу, предпочтительно на передней панели ближе к выходным лампам.
Панельки радиолам лучше разместить на шасси так, чтобы усилитель не имел трехэтажный монтаж радиоэлементов. Умеренное свободное пространство в подвале усилителя позволит быстро внести в схему коррективы и облегчит доступность к радиоэлементам при ремонте.

Распайка схемы
Почти во всех ламповых конструкциях применяется навесной монтаж. При таком способе соединения использование проводов сводится к минимуму, все соединения радиодеталей осуществляются собственными выводами. На лепестках ламповых панелек распаивается часть схемы.

Заземление схемы на корпус шасси делают только в одной точке, точку выбирают экспериментально, подальше от силового трансформатора. Минусовая шина выполняется толстой медной проволокой и заземляется в той же общей точке заземления, что выбрали для заземления.

Перед тем как припаять провод, тщательно осматривайте на целостность его изоляции. Провода анодного питания (анодных цепей) и управляющих сеток не рекомендуется затягивать в жгуты, прокладывать параллельно либо близко друг к другу.

Провода по сечению токопроводящей жилы должны соответствовать потребляемой мощности тока накала и анода ламп. Например, если у вас лампа по паспортным данным потребляет ток накала 600мА, то и диаметр провода должны выбирать в соответствии с предельно допустимым значением тока. Для тока 600мА по таблице допустимых значений для проволоки диаметр провода будет иметь диаметр 0,56мм. Для нескольких ламп следует суммировать общий ток и соответственно подобрать подходящий провод необходимого сечения. Таким же способом определяют допустимую величину тока, которую сможет выдержать обмотка силового трансформатора либо дросселя.

Для устранения фона и дополнительных наводок накальные провода скручивают (два накальных провода по длине перекручивают между собой наподобие «косички»). Фон и наводки устраняются благодаря тому, что переменная составляющая токов наводок протекает по проводникам накала в противофазных направлениях и, соответственно, взаимно компенсируется.

Также для устранения фона накальную обмотку заземляют через искусственную среднюю точку с помощью двух резисторов одинакового номинала сопротивления. Резисторы порядка 100Ом-200Ом запаиваются совместно с накальными проводами на ламповую панельку. Одни концы вывода резисторов соединяются между собой, другие свободные выводы запаиваются к одному и ко второму лепестку накала ламповой панельки. Точку, в которой соединяются резисторы, заземляют на минусовую шину. Если трансформатор имеет у накальной обмотки средний вывод и напряжение на ней равное половине общего напряжения, то его заземляют без использования резисторов (та же средняя точка).

Накальные провода можно сделать параллельно от панельки к панельке, а не вести отдельными проводами к каждой. Для удобства распайки схемы накальные провода первыми припаивают к ламповым панелькам, а сами панельки поворачивают той стороной, которая обеспечит самый удобный монтаж радиоэлементов. Анодные провода от последнего электролита блока питания разветвляются «вилкой» к ламповым панелькам.

Несколько слов о наушниках
В схеме были использованы высокоомные венгерские наушники FDS-26-600 с сопротивлением катушки каждого динамика 600 Ом. Наушники с более низким сопротивлением не тестировались на данном усилителе, возможно, для достижения наилучшего звучания придется поставить выходной звуковой трансформатор (ТВЗ). Обычно ТВЗ перематывается под сопротивления нагрузки, в нашем случае нагрузкой являются наушники, чье сопротивление идеально подходит для данной схемы.

В сети интернет на одном из форумов посвященном ламповой тематике наткнулся на таблицу с данными эксперимента проводимым над схемой усилителя (пожалуйста, напишите в комментариях, чей был эксперимент и на каком форуме, чтобы можно было указать автора в статье). Как я понял, автор не использовал ТВЗ.

Дополнено: Посетитель сайта Андрей указал на автора эксперимента. Параметры радиоламп снимал Игнатенко Юрий Васильевич ссылка на

Любители иногда погромче послушать музыку в наушниках знают, что стандартная аудиокарта в ПК с большим трудом это позволяет — отсюда и необходимость делать отдельный усилитель.

Принципиальная схема

Схема основана на ОУ NE5532 и две пары транзисторов BD139+BD140:

После первой сборки усилитель заработал сразу, однако, после установки его в корпус (трансформатор был еще тогда внутри корпуса) было слышно легкое гудение.

При громкой музыке оно было практически не слышно — но это не дело. Поэтому вытащили трансформатор из корпуса и сразу помогло: не слышно никакого постороннего гудения в музыке. Ощущения от прослушки в целом хорошие — наушники выдали гораздо лучший бас по сравнению с прослушиванием непосредственно от ПК и стало возможно повышение уровня звука до мощных значений, даже не доводя РГ до середины потенциометра.

Согласно сделанных измерений, получилось напряжение 2.2 В для наушников 32 Ом.

Играет отлично, но можно применить вместо NE5532 рекомендуемые аудиофилами микросхемы OP2604, LM833, OPA2134.

Работает усилитель мощности в классе А. Для типичных 32 Ом наушников с сопротивлением падающим до 16 Ом ток будет порядка только 80 мА для работы в классе A. Усиление схемы является слишком высоким для работы с сигналами звуковой карты, что в результате вызывает ненужные усиление шума и снижение эффективности обратной связи. Поэтому верхний резистор в делителе обратной связи предлагаем заменить резистором 2k2 и параллельно конденсатор NP0 или C0D, например 100p.

Купил простенькие уши, чтоб по ночам можно было гаматься и иногда слушать музыку, взял недорогие, но большие KOSS UR20. Подключив к ресиверу был несколько ошарашен, звук очень и очень приятный, джаз и классика просто на ура идут. По НЧ конечно сильно проигрывают затычкам Koss the plug, и ощутимо KOSS Porta Pro, которые уже какой год таскаю как портативные. Был очень удивлен после когда решил послушать Koss Porta Pro после прослушивания композиций на KOSS UR20 - с порта про как будто в уши ваты натолкали. А я ведь считал их очень «приличными» в плане звука. Хотя может это время и атмосфера их могла так попортить? Все это к чему? Да так, решил собрать усилок для ушей, Усилок будет домашний, не портативный ни разу.
Решил для начала собрать клон Lehmann Audio Black Cube Linear
Вот результат:

Все вместе заняло около 3 вечеров и меньше 1000 р денег.
Кому интересно добро пожаловать под кат, будет очень много фоток с подробным описанием.

Схема и конструкция

Сама схема достаточно простая: усилитель класса А, ООС выходные каскады не охвачены, ООС охвачен только ОУ. В интернете схема ищется легко.

Усилитель

Питание

Размышлял как сделать печатку, нашел на каком то польском форуме сканированную печатную плату

и обвел её в любимом Sprint Layout
Вот что получилось

Правда её я чуть перерисовал, ибо нашел пару ошибок и изменил размеры под свои размеры деталей. Дальше получилось, то что в магазине фольгированный текстолит есть только размера 10х15, а плата была больше, пришлось опять перерисовать и уменьшить её общие размеры.

Изготовление печатной платы

ЛУТ или Лазерно-Утюжная Технология наше все) В качестве материала переноса давно использую глянцевые журналы, главное, чтобы на листах журнала не было много темных областей и заливок.
Распечатываем 2 стороны.

После этого самое веселое - надо как то их совместить. Я делал ЛУТ сразу с обоих сторон, приложил кусок стекстолита в листы и аккуратно их завернул, дальше утюгом хорошо прогладил сначала одну потом другую сторону. В принципе получилось неплохо, одна сторона убежала на несколько десятых миллиметра.
После проглаживания надо плату поместить в воду и размокшую бумагу очень осторожно снять, я делаю это подушечками пальцев под водой, вот так

после отмывания от бумаги получается такая плата

Внимательно её изучаем на наличие косяков, если они есть корректируем скальпелем линейкой и маркером. Если все хорошо кидаем плату в ванночку с раствором хлорного железа (рецептура приготовления есть на банке). Главное в этом деле помешивать раствор и регулярно переворачивать плату для равномерного травления.

втыкаю зубочистки, чтобы исключить касание платы ребер ванны для травления.
После травления надо хорошо промыть плату от раствора

Тонер, с готовой платы, смывается ацетоном.

Для удобства сборки люблю наносить обозначения элементов

Нижнюю часть платы облудил используя оплетку с флюсом и небольшим количеством припоя.

Все следующие фотки в основном с еще не отмытой от флюса платой.

Сборка

В первую очередь собираем цепи питания, справа любимые бокорезы с победитовыми накладками.

и проверяем их. Питание с первого раза не запустилось, оказалось что LM337 напрочькитайскийперепил и просто не работает. Поэтому первая проверка усилителя на кухне ночью была от 2 лабораторных источников (нижний кстати тоже самодельный).

Проверка показала, что радиатор обязателен. Плата пока выглядит так.

Взял из запасов старый радиатор от материнки насверлил

Нарезал, снял фаски

Слюда и КПТ, радиатор на месте. Схема потребляет около 150 мА по каждому плечу питания. Напомню усилитель класса А.

Трансформатор взял готовый со старого списанного венгерского усилителя.
Тестовые прослушивания делал на следующих ушах ТДС-5М и 3 пары KOSS))) все среднячок.

Корпус

Большая часть самодельных конструкций умирает так и не обретя корпус. Тут я превзошел свою лень и решился на подвиг - законченный корпус для данного усилителя. В качестве донора был взят корпус CD-ROM. Процес сверления дырок и установку стоек для платы не заснял, не было фотоаппарата под рукой. Получилась такая неказистая конструкция.

Лицевая панель полный шлак, не красиво в общем.
Их старых запасов поднимаем листовой алюминий и вырезаем накладку по размеру лицевой панели CDROM

Долго не думая прикрутил эту панель двумя винтами, выбрал самые симпатичные))))

Сверлим и примеряем, уже стало лучше.

Покраска и оформление

Корпус решил сделать черным матовым (просто баллончик матовой черной краски остался изготовления самодельного бюджетного саба для кино).
Для покраски снял все из корпуса и покрыл все краской из аэрозольного баллона, далее была скучная просушка и сборка. Лицевую панель прошкурил и обезжирив нанес ЛУТом надписи

Собранная плата в корпусе

Пришлось поменять емкости по питанию перед стабилизаторами с 4700 на 10 000 около OPA2134 c 470 на 4700 мкФ, так как был небольшой гул, который можно было услышать ночью в полной тишине. Также добавил радиаторы на интегральные стабилизаторы, так как температурный режим их в закрытом корпусе не самый лучший.

Итог

Затраты деталей суммарно не превысили 1000 р. Оригинал стоит около 40 000 р. На качество оригинала не претендую, но и не считаю что получившийся усилитель плохим. Играет он очень хорошо. Приличные уши обещали дать для сравнения. Источник Asus Xonar D1.
Самое дорогое это конденсаторы.
Транзисторы подобраны по коэффициенту передачи комплиментарными парами и они одинаковы в обоих каналах. Перебрал несколько пакетов с ними в радиомагазине.
На выходе усилителя постоянное напряжение не превышает 5 мВ.
Все сопротивления подобраны с точностью менее 1% или даже лучше.
Входные конденсаторы K73-17+ слюдяные.
Регулятор громкости не самый дорогой но и не самый дешевый alpha.

Усилитель для наушников, чуть сложнее

• DIY или Сделай сам

Высокотехнологичный корпус из изоленты. Изначально плату делал под термоусадочную трубку - но буквально миллиметра не хватило, не влезло. Ну, тем не менее, мне нравится.

Цена вопроса

Итого - это ровно 11.06 рубля для меня, и порядка 61.06 рублей если все покупать:-)

Результаты

Решить эту проблему можно или избавившись от звукового подключения (USB DAC) или от питания (аккумулятор или другой блок питания). Использование блока питания с USB выходом меня полностью устроило в связи с тем что они везде есть и стандартны.

Конечный результат - выше любых ожиданий. Никаких нареканий на качество, абсолютный 0 шума, комфортный уровень громкости - от 22 до 40%, и запас для «вытягивания» тихих записей. Звук смачнее (главное помнить, что басы тут от 0Гц) и все такое, да и вообще - аудиодевайсы сделанные своими руками всегда особенно хорошо звучат:-)

От готовых китайских девайсов (вроде того-же FiiO E3) отличает более низкая цена (sic!), сборка с комплектующими «с запасом», отсутствие конденсаторов в аудио тракте, большая мощность при работе с высокоомными наушниками (300 Ом) за счет более высокого напряжения питания ну и качество звука в теории обещает быть выше (на практике я бы вероятно не услышал разницы).

PS. Как я выше упоминал - усилитель нужен не для того чтобы портить себе слух сверхвысокой громкостью (не говоря уже о порванных наушниках ), а для раскачки «тяжелых» наушников с низкой чувствительностью, если выход звуковой карты слишком дохлый. Ну и тихие записи / фильмы вытягивать без софта…

PS2. Отрыв плюсов от «добавлено в избранное» в 4 раза, рекорд:-)

Усилитель для наушников - весьма оправданное решение, тому подтверждение - множество публикаций этого сайта. Ко всему их простота - неплохое пособие для начинающих. В этой конструкции применено решение, известное уже больше 30-ти лет. И, если о нем часто вспоминают, то это говорит о том, насколько оно удачно.
Усилок для низкоомных ушей.

Идея, примененная в этом усилке не нова. Наверное, многие помнят книжку В.А. Васильева «Зарубежные радиолюбительские конструкции» (она издавалась дважды в где-то в конце 70-х и начале 80-х). Там в свое время был опубликован очень простой, не очень мощный УМЗЧ касса «А». Многие повторив его были очень довольны результатами. Как-то раз, уменьшив все токи и напряжения, я применил его для выхода на наушники в одной своей конструкции, опубликованной в ж.«Радио» («УМЗЧ с неполярным источником питания» («Радио», №6, 1999г., стр.16). Он звучал весьма неплохо. И, разрабатывая варианты «ушных усилков» с питанием от USB-гнезда ноутбука (звучит намного лучше, чем прямо от гнезда), я решил снова попробовать эту идею, но уменьшив количество каскадов усиления на один.
Получилось вот, что:

Так как для ноутбука два варианта уже были (ждут публикации в ж.«Радио»), я лишь испытал схему от подсевшей в радиомикрофоне (они у меня на работе) девяти вольтовой батарейки, аналогичной «Кроне». Все было собрано на макетке (сырьевой фольгированный гитенакс в Израиле не встречается).

Не взыщите за мусорность, я привез с собой из «Союза» много транзисторов КТ315Б (когда-то разобрал на детали один инструмент с названием «ФАЭМИ-М»). Важно было проверить идею. И вы знаете – оно заработало, и весьма неплохо, как с высокомными ушами, так и с низкоомными, например со старыми добрыми ТДС-3, кот., наверное, много больше лет, чем многим гражданам этого сайта (кто-то отдал мне их за ненадобностью).

Наладка в принципе не нужна. Ток покоя устанавливается в районе 20 – 20 мА на канал. Напряжение между выходными транзисторами автоматически устанавливается 2.4 в (изначально был расчет на питание от гнезда «USB»), но его можно изменить, подобрав (уменьшив) резисторы R5 и R6. Транзисторы вроде как не греются, поэтому об охлаждении думать не надо.

В сборе все выглядит вот так:

--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

P.S. Мечтаю хотя бы на время найти и послушать старые добрые советские ТДС-7 "Амфитон".