УНЧ для наушников на основе схемы Рода Элиотта с генераторами тока

Приветствую, уважаемые читатели Датагора!
Аналогично другим авторам, загорелся я сборкой хорошего ушника и представляю вам готовую конструкцию.
Схему высмотрел на нашем сайте, в статье про мощный усилитель для наушников на основе схемы Рода Эллиотта (ESP), опубликованной ALEXRIO ещё в 27.08.2013. Схема действительно простая, симметричный выход, и захотелось собрать её максимально на отечественных компонентах, насколько это возможно.
Предлагаю к рассмотрению модернизированный вариант схемы Рода Элиотта с генераторами тока.
Звучание предлагаемого варианта оценили на моей работе фанаты схемы Лемана, высокоомных и низкоомных наушников Bayer, и отметили великолепную способность раскачивать низы и точную передачу всех нежных нюансов музыки.
Статья содержит описание схемы и всех материалов для сборки конструкции.

↑ Вступление

Я сначала собрал схему Рода Эллиотта (ESP) по публикации ALEXRIO, опубликованной 27.08.2013, коммент в статье Датагор.
Только ОУ использовал отечественные КР574УД3А, у них параллельный выходной каскад, скорость нарастания выходного напряжения 50 В/мкс, низкое напряжение шумов 40 нВ/(корень из Гц) и напряжение смещения нуля не более 5мВ. Этим ОУ нужна частотная коррекция — конденсатор 2,7нФ между ножками 1 и 5, ну и ладно.

И ещё я добавил фильтр низких частот 3-го порядка из публикации на аудиолабе, где автор строил внешний ЦАП,

Только на схеме ошибка, неправильно указано подключение левых выводов конденсаторов С1 и С14 в ОС ОУ. Эти выводы должны быть подключены между резисторами R3 и R4 одного канала, и соответственно R10 и R11 другого.

Я не стал делать усиление на этих ОУ, просто сделал повторители. Но можно сделать и усиление в 2-3 раза, чтобы ограничить усиление выходных каскадов до 4-5 раз.

УНЧ заработал сразу. Проверка способностей от генератора на осциллоскопе показала, что при уровне входного сигнала выше 0,5В на выходе нижние кончики полуволн «расплывались» каким-то возбуждением или шумом с размахом около 0,5В. Возбуждение появлялось на 75% поворота ручки переменника громкости, сразу ступенькой, как стенка переднего фронта прямоугольного импульса.
Верха были чистыми.

В комменте #16 Владимир Мосягин (MVV) написал про использование генераторов тока вместо базовых резисторов выходных транзисторов и эта идея толкнула меня на следующую переделку.

↑ Схема наушникового усилителя V2

В сети нашёл схему, которая содержит сразу обе мои хотелки: выход тот же, Рода Элиотта, и генераторы тока вместо базовых резисторов. Только транзисторы там отечественные германиевые МП10/МП14 и ГТ402/404.

Я певый вариант схемы собрал с использованием smd-элементов для экономии места, во втором варианте отказываться от этого не хотелось.
Вместо германиевых МП10/14 применил наши КТ228А9/229А9 (импортные аналоги по «Чип и Дип"-у BC807/817);
дальше выход — та же схема Элиотта из публикации ALEXRIO, на выходе BD139/140.
Только диодов пришлось поставить по 2 последовательно в базы транзисторов-генераторов тока. У МП10/14 падение напряжения БЭ около 0,2В и падение напряжения на одном диоде откроет транзистор. А для КТ228/229 с 0,5В требуется уже 2 диода, чтобы увеличить потенциал базы.

Общая схема варианта 2 с блоком питания выглядит так:

Элементы каналов левого и правого имеют одинаковые номера с добавлением букв R и L, R1R и R1L.
Выходные резисторы каналов R21R/L в первой публикации были по 100 Ом, я в своём первом вариант поставил по 68 Ом.
В этом варианте поставил по 24 Ома.

Резистор R22 МЛТ-0,5 51 Ом соединяет общую точку масс схемы с корпусом усилителя. Если какой-то стабилизатор своим «ухом» законтактирует с корпусом, (а там потенциалы +15 и -25В относительно общей точки вторичных обмоток трансформатора), то этот резистор будет единственной нагрузкой в цепи этого замыкания и шансы на выживание резко повышаются.

Ещё для защиты применил самовосстанавливающиеся предохранители FU1, FU2 MF-R090 на ток уставки 0,9А. Эти дисковые детальки хорошо защищают от коротышей. При превышении тока выше уставки они увеличивают своё внутреннее сопротивление, ограничивая протекание тока, вплоть до разрыва, превращая мощность замыкания в рассеиваемое тепло.

Предыдущий вариант много раз переделывал, прикручивал-откручивал плату и стабилизаторы, и как-то пропустил замыкание крепёжного «уха» одного из стабов на корпус. Включил, заметил — что-то не то. Пальцами — входной электролит потеплел, резистор R22 горячий и один из предохранителей капец горячий. Снял питание, разобрал-проверил — стабилизатор жив, электролит не вздулся, предохранитель целый.

↑ Важно!

В этой схеме с ОУ КР574УД3 нельзя ставить резисторы сопротивлением 100-300 Ом между выходами ОУ и выходами оконечных каскадов, как в публикации ALEXRIO дополнение от камрада Вячеслава (avals). Применяемый ОУ должен работать с нагрузкой не менее 2 кОм. Я в первом своём варианте попробовал и один операционник помер, второй выжил.

↑ Наладка и проверка работы схемы варианта 2

По наладке надо только подстроечными резисторами R25 и R26 выставить напряжение +/-15В на выходах стабилизаторов.
У меня на первой схеме на эмиттерных резисторах R19R/L, R20R/L выходных транзисторов было падение напряжения около 11мВ, сквозной ток через выходные транзисторы был в районе 2мА.

Во втором варианте падение напряжения на этих резисторах поднялось до 43 мВ, сквозной ток вырос до 9мА.

Проверка собранной схемы генератором и осциллоскопом показала, что:
— синусоида на выходе чистая вплоть до питания +/-15В, при этом уровень входного сигнала 1,25-1,3В. Никаких возбуждений и шумов, как в первом варианте, уже нет. Генератором подавали 315 Гц и 1кГц.
Подавали на вход меандр амплитудой 1В частотой 1кГц — на выходе были ровные полки, только передний фронт имеет нарастание за 1 микросекунду, как смогли выкрутить регулировки времени на осциллоскопе.

↑ Использованные детали усилителя

ОУ — советсткие КР574УД3А, у них выходной каскад сделан по параллельной схеме. Зарубежные ОУ не пробовал.
Транзисторы генераторов тока VT1R/L, VT2R/L — отечественные КТ228А9 и КТ229А9 в smd корпусе SOT-23, аналоги по Чип-и-Дипу BC807/817. Наши великолепно справляются со своей работой.

Выходные транзисторы VT3R/L, VT4R/L — BD139 и BD140. Можно попробовать отечественные КТ814 и КТ815.

Все резисторы, кроме R19R/L-R21R/L, R22, R29 — smd 1206 1%.
Все неполярные конденсаторы в цепях питания, кроме электролитов — керамические smd 0805 и 1206 X7R.
Диоды выпрямителя блока питания VD7-VD12 — smd B340A-E3.
Диоды звуковых цепей VD1R/L-VD6R/L — LL4148 (FDLL4148) MiniMelf.
Входные конденсаторы С1R/L — К73-17 SAHA.
Разделительные конденсаторы C11R/L — советсткие К73-16 (их очень хвалит автор публикации про фильтр для внешней ЦАП из аудиолаба).
Переменный резистор — знаменитый японский ALPS RK27 10К.
Конденсаторы фильтра нижних частот и коррекции ОУ — выводные керамические NPO. Но если у кого найдутся smd — плату легко изменить в лайоуте.
Электролитические конденсаторы С21R/L, C22R/L, С34 и С35 — К50-35 JB Capacitors или Jamicon, диаметром 10 мм.
Электролиты в цепях питания +/-15в на напряжение 35В, в цепях баз выходных транзисторов — на 25В, на выходе выпрямителя — 50В.
В цепях +/-15В 2200 мкФ на выходе стабилизаторов DA3, DA4 и по 1000 мкФ на выходных каскадах вполне достаточно.

Хороший бас раскачивается наверное потому, что я в разводке у каждого плеча выходных каскадов поставил по своему электролиту, и эти «накопители» своими ёмкостями разряжаются прямо в выходы, помогают раскачивать басы.

Стабилизаторы питания — отечественные КР142ЕН12А (+15В) и КР142ЕН18А (-15В), наши аналоги LM317 и LT337, отлично справляются со своими обязанностями.
Конденсатор С41 К73-21Б я нашёл на Озоне, но больше там нет. Его можно заменить на другой металлоплёночный с напряжением не ниже 400В.
Предохранители FU1, FU2 — MF-R090 0,9А.

↑ Печатная плата усилителя

Плата спроектирована под корпус, двухсторонняя, на стеклотекстолите 1,5 мм. Размеры 127,5×93 мм.
Разводку тщательно проработал с учётом разных рекомендаций, встечающихся в инете:
— массы звуковые и общие конденсаторов питания раздельными дорожками от своих каналов и ОУ, сводятся в одну монтажную точку у разъёма Х1. Это отверстие диаметром 3 мм, в него запаян с двух сторон кусочек медной оплётки-экрана;
— керамические конденсаторы цепей питания ОУ максимально близко к контактным площадкам панелек;
— дорожки масс от конденсаторов в 1,5 раза шире против дорожек питания;
— всю свободную площадь заполнил полигонами экрана, соединяющихся только с общей монтажной точкой масс, чтобы по этим полигонам не бежало никаких обратных токов;
— экраны каналов раздельные.

Разводку каналов постарался сделать максимально симметрично.

Для отверстий с металлизацией использовал китайские медные (или всё-таки латунные?) трубочки-заклёпки (пистоны) диаметром 0,9 и 1,3 мм, длиной 2,5 мм. Это дало возможность делать переходы между сторонами платы прямо на выводах элементов и считаю хорошо помогло работе электролитов по питанию.

Дорожка питания от стабилизатора подходит к пистону на одной стороне платы, в этом пистоне нога электролитического конденсатора, на другой стороне платы дорожки цепей питания дальше по схеме.
Стабилизаторы питания припаяны с «зелёной» стороны платы, на плате есть вырезы.

Выходные транзисторы установлены на радиаторах KG-487-17 (HS 077-30) 30×15×11мм. На радиаторах я удалил впрессованые штырьки для запаивания и нарезал там резьбу 3 мм, теперь радиаторы просто прикручены к плате винтами М3. Это сильно облегчает замену транзистора — открутил винт крепления радиатора, прогрел паяльником 3 пятачка ног транзистора и вытащил радиатор с ним.

Разъёмы и фиксаторы к ним использовал от советской аудиотехники, тип розеток ОНп-КГ-22, на фото.

Все электролитические конденсаторы устанволены на плате через прокладки, вырезанные из кусочков ПВХ-кембриков. В прокладках проколол отверстия под выводы элетктролитов.

↑ Фото собранной платы

Плату делал по лазерно-утюжной технологии, травил сразу обе стороны.
Для переноса рисунка использую киитайсткую жёлтую термотрансферную бумагу.

Распечатываю на листе зеркально сразу обе стороны с расстоянием между ними, равным толщине фольгированного материала, у меня 1,5 мм. Вокруг платы ещё добавляю контур на расстоянии 1 см от краёв.

Подготавливаю заготовку, одну сторону делаю максимально ровной. Заготовку важно очистить до блеска голубой канцелярской резинкой, она как очень мелкая наждачная бумага, и потом тщательно обезжирить.

Лист с распечатанными рисунками аккуратно сгибаю пополам по ровной стороне заготовки, потом на стекле с подсветкой снизу выравниваю половинки листа так, чтобы контур вокруг рисунков сторон платы совпал максимально возможно. Проверяю совпадение отверстий на просвет по всему рисунку и обычным канцелярским степлером по сторонам фиксирую сложенный лист. Потом внутрь вкладываю подготовленную заготовку, ровной стороной в сгиб листа, где 1,5 мм между рисунками платы, выравниваю по бокам и ещё раз «прикусываю» степлером по краям вплотную к заготовке, чтобы она никуда не выехала. И под утюг.

Потом приходится всегда всё обязательно прорисовывать перманентными маркерами по несколько раз, чтобы получить крепкое покрытие против хлорного железа.
Фотоспособом с фоторезистом пробовал другие самоделки, но не пошло.

↑ Корпус и монтаж

Корпус китайский готовый, на передней панели красивые надписи «Breese Audio Phones Amplifier», ручка громкости с делениями от 0 до 100%.


Внешние размеры — ширина 155 мм, высота 60 мм, глубина 241 мм.
Внутренние размеры — ширина 135 мм, высота 48 мм, глубина 230 мм.

В комплекте ручка громкости, разъём питания с гнездом для предохранителя, выключатель питания (однополюсный), 4 сферические самоклеющиеся «ножки».

↑ Минусы готового корпуса

 — на передней панели только отверстие под идикатор питания, выключатель сзади;
— отверстия под входные разъёмы RCA оказались на пару миллиметров больше, чем диаметр посадочных мест изолирующих прокладок этих разъёмов, вроде около 10 мм. Но разъёмы закрепились.

Выключатель питания в комплекте однополюсный, заменил на 2-х полюсный.

С ручкой громкости пришлось повозиться. Она утапливается в переднюю панель корпуса с очень небольшим зазором. Ручка, закреплённая на валу переменного резистора, смещается в сторону и своим краем утопленной части клинит в передней панели. Пришлось повыделываться с разными прокладками, чтобы ручку зафиксировать на валу более-менее симметрично.

Корпус со снятой верхней крышкой



Силовой трансформатор — отечественный тороид ТТП-30 2×18В 0,75А из «Чип-и-Дип» под экранирующей чашкой 40×80 из Алиэкспресса.

Входные разъёмы RCA изолированы от задней стенки корпуса.

Рядом с трансформатором вертикально закрепил советский конденсатор С41 К73-21.

Плата крепится на 5-ти стойках наружным диаметром 6 мм, высотой 7 мм и сквозными отверстиями с резьбой М3.
Средняя стойка у разъёма Х1 соединяет корпус усилителя с общей точкой масс схемы.

Стабилизаторы питания прикручены к нижней половине корпуса усилителя через изолирующие прокладки и керамические изоляционные вставки, в результате сам корпус превратился в один большой радиатор.

Корпус со снятой платой. Видны стойки крепления платы и изолирующие прокладки стабилизаторов

При сборке, после установки платы в корпус и затягивания винтов, обязательно омметром проверить отсутствие замыкания крепёжных «ушей» стабилизаторов на корпус конструкции. Если есть — раскручивать крепления стабилизаторов и править изолирующие прокладку-втулку, добиваясь отсутствия контакта.

↑ Первые впечатления

И вот теперь усилитель зазвучал! На работе есть фанаты схемы Лемана с выходом без ООС, собравшие ушник на готовых платах с алиэкспресса. Они великолепно отозвались о звучании этой конструкции, отметили хорошие сочные басы и отличную передачу всех тонких деталей записей, прослушивая на громкости близко к максимальной.
Даже сравнивали звучание разных наушников — Axelvox HD242, Bayer DT 770 PRO 250 Ohm, какие-то открытые с сопротивлением около 90 Ом.

Я слушаю музыку в наушниках Axelvox HD242, теперь на хороших записях басы-низы бабахают аж чувствуешь, будто стоишь рядом с колонками ватт на 100. Записи наушниках Axelvox HD242 можно слушать на громкости до 60%, больше — становится уже неприятно.

В наушниках Bayer DT 770 PRO 250 Ohm композиции Yello, Okuma слушаются легко на уровне громкости 80%, всё звучит очень чётко, мягко.
На работе подсказали — в этих Baer-ах звук как бы в центре головы, очень приятно слушать. В ушах Axelvox HD242 на этом уровне слушать невозможно, наверное эти уши перегружаются.

↑ Файлы

Схема в Spl.7, чертежи исходный платы, платы на печать (зеркально), платы на монтаж в Layout.6 в архиве
🎁Хэдамп вариант 2 с ГСТ.zip  296.63 Kb ⇣ 11

↑ Ссылки

• Мощный усилитель для наушников на основе схемы Рода Эллиотта (ESP)
• Комментарий #16 от MVV

Спасибо за внимание!

Камрад, здесь железо для этого проекта