В начало | Зарегистрироваться | Заказать наши киты почтой
 
 
 
 

Усилитель для наушников AKG K550. Класс А, MOSFET на выходе

📆12 августа 2019   ✒️dsarotor   🔎11.517   💬22  

Пару лет назад мой сын подарил мне головные телефоны AKG K520. У них был хороший звук, но абсолютно дебильное оголовье, которое сломалось через несколько сеансов пользования наушниками. Многочисленные попытки как-то укрепить конструкцию к положительному результату не привели.

Я имел неосторожность сообщить об этом сыну, на что он заявил, мол, папа, не проблема, и подарил мне наушники AKG K550 Mk III.
Мне такое направление его внимания зацепило душевные струны, и я решил сделать ответный ход: собрать и подарить ему усилитель для головных телефонов.

Проштудировал конструкции усилителей для наушников от разных гуру, и на лампах, и на микросхемах, и на транзисторах. Хотелось потратить минимум усилий и получить максимум результата, поэтому решил «замутить» на транзисторах. Прочитал на Датагорском сайте статью Андрея Зеленина «Усилитель для наушников "Green JLH". Класс А на трёх транзисторах», подумал и решил, что и двух транзисторов будет достаточно!
В итоге предлагаю вашему вниманию мою конструкцию.

Технические характеристики усилителя для наушников

— номинальное входное напряжение: 1 В;
— коэффициент усиления: 2;
— сопротивление нагрузки: 32 Ом, не менее;
— входное сопротивление: 100 кОм;
— потребляемый ток: 350 мА, два канала;
— напряжение питания: 24 В, однополярное;
— работа в классе А.

Почему выбраны такие характеристики? В основном, исходя из информации, почерпнутой на просторах сайта reference-audio-analyzer.pro. Я многое узнал там про характеристики своих наушников, об источниках сигнала (ЦАПы) и о всяких других полезных штуках. Вот и подумалось, что так будет необходимо и достаточно!

Моделирование схемы

Прежде чем начать работать руками, я все-таки провел некоторое время за моделированием, поигрался транзисторами, режимами работы для получения максимальной неискаженной амплитуды выходного сигнала и т. п. с целью минимизации нелинейных искажений и получением «красивого» спектра гармонических искажений с преобладанием 2-й гармоники.

По-моему, проектирование электроники это как дипломатия — «искусство возможного» — сплошные компромиссы, и некоторые решения объяснить нелегко.
И всегда можно изобрести другое решение.
Сергей Дорохов (dsarotor)


Понимая, что бумага все стерпит, сильно не обольщался результатами, но, тем не менее, определил, что схема тонко реагирует на всякие отклонения от оптимальных значений номиналов в основном резисторов. Поэтому, для исключения неприятных последствий я использовал в схеме резисторы с 1% допуском.

Макетирование одного канала на «слепыше» показало, что в цепях питания желательно использовать электролитические конденсаторы большой емкости с низким значениям ESR, т. к. ток, потребляемый от источника питания, имеет значительную переменную составляющую, которая на проводниках, а значит и на дорожках будущей печатной платы будет создавать паразитную амплитудную модуляцию, отрицательно влияющую на сигнал.

Схема усилителя на 2х транзисторах


Перечень используемых элементов

Исключён фрагмент. Полный вариант доступен меценатам и полноправным членам сообщества.


Фильтр питания

Я решил применить готовый импульсный блок питания. По идее электронный дроссель (VT1, VT2) вообще не нужен в такой схеме. Но я электронный дроссель оставил: это довольно эффективный фильтр пульсаций, плюс есть возможность в некоторых пределах менять напряжение питания схемы усилителя.
Применение полевого транзистора в фильтре питания обусловлено только тем, что «пусть все силовые транзисторы (VT1, VT2, VT5, VT6) будут одинаковыми»! По-моему, хорошее объяснение. lol

Печатная плата усилителя

Поскольку я использовал покупной корпус, это определило размеры печатной платы 135×100 мм. Разводку левого и правого каналов постарался сделать насколько возможно симметричной. Для домашнего производства развёл на одном слое.

Смотри чертёж в разделе файлов.

Пробовал все доступные мне способы изготовления: лазерно-утюжный способ с использованием фотобумаги «Lomond», способ с использованием термотрансферной бумаги и способ с использованием пленочного фоторезиста.
Сразу сообщаю, что ламинатора у меня нет.

Эксперименты начались с того, что кончилась фотобумага «Lomond», а на покупку новой пачки чего-то воли не хватило, тем более, что попались статейки про термотрансферную бумагу и пленочный фоторезист. Решил попробовать новое.

Термотрансферная бумага

Тонер никак не хотел держаться на меди, часть (большая или меньшая) обязательно оставалась на бумаге при любых режимах переноса.

Пленочный фоторезист

Отличная технология для массового производства. Фотошаблон не меняется. Однако, если надо поправить ошибки, допущенные при проектировании, необходимо изготавливать новый фотошаблон. И опять камнем преткновения явилось отсутствие ламинатора: ну отслаивался местами фоторезист при травлении!

ЛУТ на журнальной бумаге

Пришлось вернуться к классической ЛУТ, только на бумаге от женского журнала «Мери Кей», любезно предоставленного женой. Когда-то читал, что можно использовать бумагу от журнала «Лиза» и подумал, что американский журнал тоже подойдёт.

Итого, считаю фотобумагу «Lomond» лучшим вариантом, меловку от модных журналов согласен применять за неимением Ломонда.

Мощность, звуковое давление, напряжения и токи в схеме усилителя

О питании и звуковом давлении

Каков допустимый диапазон питающего напряжения? 12В, 15В, 18В потянет? Если да, то нужно ли менять номиналы каких-либо резисторов?
Вопрос вроде простой, а ответ на него не очень. Конечно, можно использовать источник питания с другим значением напряжения: 12В, 15В, 18В, и даже, например, 30В! Схема всё равно найдёт свою рабочую точку и будет там стоять.
Номиналы элементов при этом менять не надо.

Чем же руководствовался я при выборе напряжения питания? Это усилитель для головных телефонов. В моём случае наушники с номинальным сопротивлением 33 Ом, чувствительность средняя к напряжению: 117.85 дБ/В SPL, т. е. при подведении к ним действующего напряжения 1 Вольт создается звуковое давление 117.85 дБ.

Для большинства телефонов допустимая максимальная мощность составляет 200 мВт. Так как закон Ома никто не отменял, и исходя из этого ограничения, зная так же сопротивление телефонов можно определить подводимое к ним напряжение.
Для телефонов с R=33 Ом максимально допустимое напряжение (амплитудное значение) составит U=SQRT (P*R)=3.8 В.
При таком подводимом напряжении создаваемое звуковое давление будет принимать значение около 120 дБ.


Информация об уровнях звукового давления создаваемых различными источниками легко находится на просторах интернета.
0 дБ SPL — ничего не слышно — порог слышимости для синусоидальной волны с частотой 1 кГц;
25 дБ SPL — тихо — сельская местность вдали от дорог, мурлыканье кота на расстоянии 0,5 м;
40 дБ SPL — хорошо слышно — тихий разговор, учреждение (офис) без источников шума, уровень звукового фона днём в городском помещении с закрытыми окнами выходящими во двор;
50 дБ SPL — отчётливо слышно — разговор средней громкости, тихая улица, стиральная машина;
60 дБ SPL — шумно — обычный разговор, норма для контор;
65 дБ SPL — шумно — громкий разговор на расстоянии 1 м;
70 дБ SPL — шумно — громкие разговоры на расстоянии 1 м, шум пишущей машинки, шумная улица, пылесос на расстоянии 3 м;
75 дБ SPL — шумно — крик, смех с расстояния 1 м; шум в железнодорожном вагоне;
80 дБ SPL — очень шумно — громкий будильник на расстоянии 1 м; крик; мотоцикл с глушителем; шум работающего двигателя грузового автомобиля;
85 дБ SPL — очень шумно — громкий крик, мотоцикл с глушителем;
90 дБ SPL — очень шумно — громкие крики, пневматический отбойный молоток, тяжёлый дизельный грузовик на расстоянии 7 м, грузовой вагон на расстоянии 7 м;
95 дБ SPL — очень шумно — вагон метро на расстоянии 7 м;
100 дБ SPL — крайне шумно — громкий автомобильный сигнал на расстоянии 5—7 м, кузнечный цех, очень шумный завод;
110 дБ SPL — крайне шумно — шум работающего трактора на расстоянии 1 м, громкая музыка, вертолёт;
115 дБ SPL — крайне шумно — пескоструйный аппарат на расстоянии 1 м;
?120 дБ SPL — почти невыносимо — болевой порог, гром, отбойный молоток, вувузела футбольного фаната на расстоянии 1 м;
130 дБ SPL — боль — сирена, шум клёпки котлов;
140 дБ SPL — травма внутреннего уха — взлёт реактивного самолёта на расстоянии 25 м, максимальная громкость на рок-концерте;
160 дБ SPL — шок, травмы, возможен разрыв барабанной перепонки — выстрел из ружья близко от уха, ударная волна от сверхзвукового самолёта;
180 дБ SPL — светошумовая граната;


Так что получается, что выбранные характеристики усилителя обеспечивают в пределе звуковое давление на уровне 120 дБ «почти невыносимо — болевой порог», обеспечивая при этом безопасную работу моих наушников.
При выбранном напряжении питания 24 Вольт и уровне искажений выходного сигнала не более 0,1% усилитель обеспечивает выходное напряжение (амплитудное) 3,5 Вольт.

При использовании наушников с номинальным сопротивлением 100 Ом будет гарантирована подводимая мощность к наушникам 75 мВт, что тоже немало.

Для наушников с сопротивлением 600 Ом этот усилитель, наверное, не подойдет, хотя, если бы у меня были такие наушники, я бы и в этой схеме заставил их работать по максимуму.

Опережая возможные вопросы о напряжениях, токах и мощностях в схеме привожу картинки из модели с соответствующими данными. Надо сказать, что они достаточно точно соответствуют реальным значениям — напряжения во всяком случае.

Напряжения в схеме



Токи в схеме



Мощности в схеме



Заказ деталей и корпуса

Трудился по двум направлениям: разработка схемы и разработка конструкции. Если по первому направлению я ещё что-то соображаю, то по второму мои способности более чем скромные. Поэтому я не стал ломать голову над конструкцией, а сразу заказал у китайских товарищей корпус, заточенный под усилитель для головных телефонов подходящего размера, регулятор громкости, гнездо подключения телефонов и пр.

Усилитель для наушников AKG K550.  Класс А, MOSFET на выходеАлюминиевый корпус для усилителя
головных телефонов

Очень симпатичный корпус! Внутренний размер 135×230×48 мм.
Передняя панель толщиной 8 мм.
В комплекте резиновые ножки, алюминиевая ручка,
выключатель питания, разъём питания, винты.
Импульсный блок питания 24 Вольт, 1 А
Вход: AC 100-265 V 50/60Hz
Выход: DC 24 В 1A
Защита от короткого замыкания, защита от перегрузки,
защита от перегрева.
Потенциометр RH2702, клон ALPS RK27
Металлический вал 6 мм,
8 pin (отводы для тонкомпенсации),
зубчатая накатка под ручку.
Разъёмы RCA на панель
Есть попроще, есть подороже.
Все вполне применимы.
Розетка для наушников 1/4" (6,35 мм)
Монтаж в плату и/или на панель
Свёрла для плат из карбида вольфрама
Наборы от 0.3 мм до 1.2 мм и более. Отлично берут
стеклотекстолит, долго не тупятся.
Диаметр хвостовика: 3,175 мм (1/8'').
Общая длина: 38 мм.
Экструдированные радиаторы
Размер: 25×35×12 мм.
Для корпусов TO-220.
Транзисторы BC807-40 (5C) SOT-23 PNP 45V 500mA
Фольгированный текстолит
Односторонний, разные размеры кусков.
Термотрансферная бумага для ЛУТ
Берите целыми листами А4, не свёрнутыми в рулон.
Трубчатый припой Mechanic с флюсом внутри
Хороший припой. Для тонких работ берите 0,5 мм.
Доступен в диаметрах от 0,3 мм до 1,5 мм.
Точка плавления 185°С. Хорошо смачивает.
Блестит.


Отдал определенную сумму денег, и понял, что поступил правильно! Самому такую красоту на родине за такие деньги не сделать. Осталась на мне печатная плата, но это мы более-менее делать умеем!

Теплоотводы

Мощности на полевых транзисторах модель не считает, но они просто считаются через падения напряжения на них и токи, и примерно составляют Р=0,9 Вт. Отсюда вывод, что для них необходимо использовать теплоотводы.
Я применил упомянутые выше. Каждый из этих радиаторов может рассеять тепловой мощности Р = 1.2 — 1.4 Вт, проверено моим тестером теплоотводов. Поскольку корпус закрытый, я принял коэффициент нагрузки К = 0.3 — 0.5. Это касается и мощностей силовых резисторов, поскольку при коэффициенте нагрузки 0.7, к резисторам притронуться нельзя — горячие сильно! И на плате я их расставил подальше друг от друга.
Даешь на каждый силовой компонент поменьше тепла!

Источник питания

В качестве источника питания решил использовать покупной китайский импульсный источник питания 24В, 1А.

Ждал долго, посылка один раз уходила обратно в Китай, т. к. китайские товарищи в целях экономии выбрали способ пересылки отправлений без уведомления, а наша почта молчала, как рыба об лёд. Уведомление почта в итоге высылала, и примерно такого содержания: «срок хранения отправления истек, отправление отправлено обратно в Китай».

Конструктивно я поместил источник питания на планку из стеклотекстолита размерами 135×40 мм и толщиной 1,5 мм. Т.к. ответных частей разъемов китайцы в посылку не кладут, то я выпаял установленные в модуль питания разъемы и припаялся проводами прямо к дорожкам.

Проверка параметров ИБП

Всё-таки получить вожделенный заказ удалось, при этом хотелось убедиться, что модуль соответствует заявленным характеристикам и обеспечивает выходное напряжение 24 В при токе 1 А. Хотелось увидеть также уровень пульсации выходного напряжения.

Здесь меня выручил разработанный и изготовленный ранее приборчик под названием «Тестер теплоотводов». Я включил его в качестве нагрузки к купленному источнику питания, установив ток нагрузки 0,5 А. Частота преобразования оказалась около 40 кГц, что выходит за диапазон слышимых частот, а пульсации выходного напряжения на этой частоте и этом токе были в размахе около 10 мВ. В первом приближении это меня полностью устраивало.

Сборка усилителя

Больше всего хлопот доставили работы, связанные с изготовлением печатной платы.
Собрал. Вот что в конце концов у меня получилось.

Не обошлось без накладок: неправильно разметил положение потенциометра ALPS.
Чертежа лицевой панели корпуса не было, размеры пришлось снимать самому. И я ошибся с потенциометром, сдвинул разметку для него на плате на 5 мм вправо, считая от осевой линии. Обнаружил сей факт уже после того, как протравил плату.

Переделывать не стал, с новой технологией намучился.
Спасло то, что заготовка платы была размером 150×100, а итоговая плата должна была иметь размеры 135×100, и по счастливой случайности я перенес рисунок на плату по центру заготовки. Решил установить потенциометр на плату как есть, а контур платы сдвинуть в нужную сторону (т.е. вправо) и плату обрезать по месту корпуса. Разъем телефонов пришлось припаять на проводах.
Вот так и получилось, что неправильно разведен ALPS, а «пострадал» JACK.
Трассировку платы, каюсь, не правил — двигайте под себя.

Борьба с фоном

Включил, выставил подстроечным резистором R1 на фильтрах питания напряжение питания усилительной части U=18 В.

Имею жуткий 50-герцовый фон. Стал разбираться, оказалось, забыл соединить землю ALPSа с землей схемы, пришлось бросать перемычку. Фон снизился, но ненамного.
Кардинально помогло соединение корпуса ALPS и, соответственно, корпуса всего усилителя с общим проводом схемы.

Очень важным оказалось использовать хорошо экранированный провод от потенциометра до входных гнезд RCA «тюльпан». И межблочный кабель тоже должен быть хорошо экранирован.

Итоги

Включил, слушаю, не утомляет, нравится. music Позже, может быть, сниму характеристики. Послушаю с другими наушниками, дам другим послушать.

На усилителе понравится лежать коту: внутри около 8 Ватт тепла, снаружи корпуса градусов 35С. lol

Файлы

🎁Платы в формате .lay6  36.75 Kb ⇣ 70

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.




 

Читательское голосование

Нравится

Статью одобрили 52 читателя.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.
 

Поделись с друзьями!

 

 

Связанные материалы

 

Схема на Датагоре. Новая статья Наушниковый усилитель Symphonic Alfa 2012... Усилитель для наушников 32…600 Ом с токовой ООС и в классе «А». Характеристики• Однополярное...
Схема на Датагоре. Новая статья Портативный усилитель для головных телефонов RED-31 c 3V питанием... Перевод и адаптация: Игорь «Датагор» Котов, 2010 г. Источник: redcircuits.com Схема одного канала...
Схема на Датагоре. Новая статья Реальный безтрансформаторный ламповый усилитель для низкоомных наушников по мотивам «Лаконика»... Безтрансформаторный ламповый усилитель для головных телефонов с максимальной возможностью...
Схема на Датагоре. Новая статья 6Н23П+КТ602Б. Лампово-транзисторный усилитель НЧ для стерео-телефонов... Интересная схема С. Филина, попалась при листании старых журналов. Достигнуть малого уровня...
Схема на Датагоре. Новая статья Усилитель на К174УН7 (A210K, ТBА810AS, LA4420) с уменьшеным уровнем искажений... Да, это старая-добрая К174УН7 (аналог A210K ТBА810AS, LA4420 ), но на ней при небольшой мощности 4...
Схема на Датагоре. Новая статья Гибридный усилитель для наушников c полевыми транзисторами.... Давно хотелось послушать как же лампа с камнем в тандеме звучат. Решил собрать гибридный усилитель...
Схема на Датагоре. Новая статья TDA2003, BA5415A и BA5417. Три усилителя для стереотелефонов... В настоящем проекте рассмотрены усилители для головных телефонов на массовых микросхемах, таких как...
Схема на Датагоре. Новая статья LM386, KA386, КР1438УН2 – «чемпион» среди аудиоусилителей... Разговор пойдёт об очень распространённой интегральной схеме (ИС) звукового усилителя мощности...
Схема на Датагоре. Новая статья Усилитель класса А для низкоомных и высокоомных наушников... Прошло каких-то полгода с той поры, как я начал регулярно слушать любимую музыку через наушники –...
Схема на Датагоре. Новая статья Усилитель для наушников "Green JLH". Класс А на трёх транзисторах... Доброго воскресного утра, датагорцы! Предлагаю полезную конструкцию выходного дня: сделаем простой...
Схема на Датагоре. Новая статья Справочное руководство по звуковой схемотехнике. Шкритек П.... Справочное руководство по звуковой схемотехнике. П. Шкритек. Книга специалиста из ФРГ, в которой...
Схема на Датагоре. Новая статья Идеология усилителя «Дзен» от Нельсона Пасса (Nelson Pass Zen)... Конструкции Нельсона Пасса популярны среди радиолюбителей, хотя частенько вызывают ожесточенные...
 

Комментарии, вопросы, ответы, дополнения, отзывы

 

Назад Вперед
<
Читатель Датагора

Datagor

<
Читатель Датагора

dsarotor

<
Читатель Датагора

Chugunov

<
Читатель Датагора

pavel_k

<
Читатель Датагора

Datagor

<
Читатель Датагора

dsarotor

<
Читатель Датагора

dsarotor

<
Читатель Датагора

Chugunov

<
Читатель Датагора

dsarotor

<
Читатель Датагора

Lektor

<
Читатель Датагора

dsarotor

<
Читатель Датагора

Lektor

<
Читатель Датагора

dsarotor

<
Читатель Датагора

dsarotor

<
Читатель Датагора

Lektor

<
Читатель Датагора

Datagor

Назад Вперед

Добавить комментарий, вопрос, отзыв 💬

Камрады, будьте дружелюбны, соблюдайте правила!

  • Смайлы и люди
    Животные и природа
    Еда и напитки
    Активность
    Путешествия и места
    Предметы
    Символы
    Флаги
 
 
В начало | Зарегистрироваться | Заказать наши киты почтой