Схема усилителя для наушников на ОУ с удвоенным выходным током

Схема усилителя для наушников, которая точно заслуживает внимания. Минимум компонентов и хорошее схемотехническое решение. 

Схема усилителя для наушников

Скитания по по бескрайним просторам помойки кладезя знаний — интернету, привели к интересной находке. Это был PDF файл от компании Burr Brown. С него и родилась идея создать усилитель для наушников.

Double the output current to a load with the dual OPA2604 audio op amp

Дословно перевести название, с языка потенциального врага, можно следующим образом : Удвоение выходного тока в нагрузку двумя аудио ОУ OPA2604.

Файл состоит из двух страниц, где ценность представляет только первая. Представленная там схема усилителя для наушников была перерисована и избавлена от лишних надписей.

Схема усилителя для наушников на ОУ с удвоенным выходным током

Знакомьтесь, это будущее сердце нашего усилителя. А если быть точнее- схема одного канала. 

Интересность этой схемы заключается в том, что оба операционных усилителя усиливают один и тот же сигнал. При этом их выходные токи складываются. Это решает проблему недостаточного выходного тока многих ОУ.

Усиление сигнала определяют резисторы R1 и R2. Точное значение коэффициента усиления определяется формулой:

K= 1+ R2/R1

Если ориентироваться на линейный выход с уровнем сигнала в 1 вольт, то для большинства наушников коэффициент усиления равный трем будет с хорошим запасом.

Удобно использовать резисторы одного номинала. В моем случае в качестве R2 был установлен резистор на 15 кОм, а в качестве R1 два резистора по 15 кОм параллельно.

Для изменения коэффициента усиления лучше менять резистор R2. Для схем на ОУ обычно рекомендуется использовать резисторы в диапазоне 1-100 кОм. А вот R1 будет выполнять еще одну функцию, поэтому все же желательно использовать 7.5кОм.

Резисторы R3 и R4 сопротивлением по 51 Ом нужны, чтобы не спалить выходы операционных усилителей.

Доводим схему до ума

Представленная в документе схема несколько неполная и отражает лишь самое главное. Для нормально работы следует дополнить схему и добавить входные цепи. Так же  параллельно резистору Rследует добавить конденсатор (C2) небольшой емкости. Он нужен для исключения самовозбуждения ОУ.

Схема усилителя для наушников на ОУ с удвоенным выходным током

Чтобы не изобретать велосипед, входные цепи были позаимствованы у усилителя для наушников FiiO Olympus E10. Так же на схеме теперь обозначены выводы для сдвоенного операционного усилителя в корпусе DIP8.

Я не сторонник конденсаторов(C1) по входу. Однако не всегда известно каков будет источник сигнала, и насколько там возможно присутствие постоянного напряжения. Желательно его установить, чтобы втыкать усилитель куда вам заблагорассудится. НО при желании его можно и закоротить.

Еще немного улучшений

Для того чтобы не нагружать усилитель усилением инфранизких частот, которые ни нам ни ему не нужны — мы добавим еще один конденсатор. На звуке это отразится только в лучшую сторону.

Схема усилителя для наушников на ОУ с удвоенным выходным током

RC-цепь, образованная конденсатором С3 и резистором R1 будут отсекаться частоты ниже 10 Гц. Так же это уменьшит напряжение раcбаланса ОУ по входам. А оно, к слову, тоже усиливается и подмешивается в выходной сигнал.

На схеме так же был несколько изменен выход. Номиналы R3 и R4 были снижены, а последовательно с ними включен резистор R, сопротивлением 10 Ом. Это обеспечит лучшее суммирование выходных сигналов. Резистор R5 призван так же сделать АЧХ более линейной. Хотя она и так линейна, но кашу маслом не испортишь :-).

Желательно, чтобы в качестве конденсаторов C1 и С3 была установлена прославленная для звуковых цепей Wima, но можно обойтись и другими неполярными конденсаторами приличного качества. Емкость в 2 — 2.2 мкФ для обоих конденсаторов будет достаточной.

Качество компонентов

Для начала можно поставить что-то из ассортимента ближайшего магазина радиодеталей, а постепенно заменить их более качественными компонентами. Плата будет работать на любых деталях.

Цены на операционные усилители лежат в широких пределах и не всегда дороже значит лучше для звука. Для начала можно будет установить что-то недорогое и доступное, например любимую многими NE5532(0.3$). Очень желательно чтобы она была производства Филлипс.

В последствии с заменой ОУ можно будет играться сколько хотите. Если рассматривать ОУ классом повыше, то для звука хорошо себя зарекомендовали OPA2134, OPA2132, OPA2406, AD8066, AD823, AD8397…. 

Не рекомендую заказывать микросхемы с АлиЭкспресс и в прочих китайских магазинах. Довольно много отзывов, в которых люди сообщают, что микросхемы не оригинальные. Да ОУ будет работать, как ему и положенно,  но это может быть совсем не OPA2134, который вы заказывали, а довольно дешевая TL061 с надписью OPA2134

Питания усилителя

Для звука очень важно качество питания. Данная схема расчитана на двухполярное напряжение питания. Это избавляет нас от необходимости добавлять лишние детали в звуковой тракт, и в целом лучше для звука.

С одной стороны лучше использовать более высокие напряжения питания ОУ. С другой стороны портативная конструкция и использование аккумулятора накладывают ограничения. 

Есть ОУ работающие от ±1.5В, но большинство операционников работают при двухполярном напряжении питания от ±3В до ±18В. Оптимальным можно назвать напряжение в ±12В, которое входит в пределы питания большинства ОУ. Точные значения следует смотреть в документации на конкретные микросхемы.

П.С.

Рассмотренная схема привела к идее создания портативного усилителя для наушников. Так родился проект Vol.X , смыслом которого стало желание дать готовую инструкцию как быстро и просто собрать усилитель самому.

Vol.X — портативный усилитель для наушников своими руками

Материал подготовлен исключительно для сайта AudioGeek.ru

The following two tabs change content below.
Привет! В этом окошке авторы блогов любят мериться крутостью биографий. Мне же будет гораздо приятнее услышать критику статей и блога в комментариях. Обычный человек, который любит музыку, копание в железе, электронике и софте, особенно когда эти вещи пересекаются и составляют целое, отсюда и название - АудиоГик. Материалы этого сайта - личный опыт, который, надеюсь, пригодится и Вам. Приятно, что прочитали :-) 

Комментарии 25

  • Отличная статья! Просто и ёмко. Обязательно приведу в пример ее как только будет (а он будет) повод =)
    1) rail-to-rail приветствуется?
    2) не могли бы Вы показать рисунком, как завести однополярное питание? отвод от середины двух по 100k на + вход ОУ?
    Заранее спасибо за ответ =)

    • Здравствуйте, Руслан!
      Прошу прощения что так затянул с ответом на Ваш комментарий.
      1. Rail-to-rail очень приветствуется. Это особо актуально, если у Вас высокоомные наушники и не очень высокое напряжение питание.
      2. Я не сторонник однополярного питания в аудио цепях. На мой взгляд интереснее использовать Li-ion аккумулятор и сделать к нему инвертор напряжения на MAX660, получив тем самым полноценное двухполярное питание.

  • Здравствуйте! Благодарю за отличный сайт!)
    Хочу уточнить, т.к. мало разбираюсь в радиотехнике.)

    1. Схема представлена для одного канала?
    2. Вы писали про инвертор напряжения для отрицательного заряда, а можно его (- заряд) пустить с — полюса аккумулятора/батареек? Он же тогда и землей будет?
    3. У ОУ на схеме не хватает лапок, вы не стали рисовать на схеме переменный резистор?
    4. Если я правильно понял, то на один канал один двухканальный ОУ и сигнал проходит сначала через одну его половину, потом через другую?

    Хочу попробовать LM4562. Почему? Потому что видел этот ОУ в схеме усилителя Little Bear b1 и отзывы о нем вроде бы хорошие (если ошибаюсь, напишите). Этот усь я хотел собрать сам по схеме и с советской лампой (какая-то маленькая, с длинными лапками и низким анодным напряжением, встретил только один раз, но название не помню, если нужно — могу поискать и написать), а не с китайской.=) Но ОУ у меня никаких не было, а заказывать я не хотел, поэтому решил собрать ОУ сам на транзисторах. Звук получился резкий, неприятный, хоть и громкий. Это отбило дальнейшее желание собирать этот усь (вернее — на этих деталях). А Ваша схема заинтересовала.) Если соберу и звук понравится, то можно будет и лампу прикрутить.))

    • Здравствуйте, Sul Ponticello!
      Спасибо за Ваш комментарий и Ваши вопросы! А теперь по порядку :)

      1. Да, это схема одного канала. Второй канал делается аналогично.
      2. Для того, чтобы использовать чисто батарейное питание потребуется использовать две батарейки, например кроны (9В). При этом + первой батарейки необходимо соединяется с второй батарейки. Место соединения будет выступать в роли земли. тогда относительно земли вы получите двухполярное напряжение +/- 9В. В целом батарейное питание считается лучше обычного, т.к. в нем нету всяческого фона и лишнего мусора.
      3. Да, лапок у ОУ нарисовано меньше, чем есть на самом деле. Не хватает ног питания. Обычно их опускают, чтобы не загромождать схему т.к. логично, что без питания схема просто не будет работать. Насчет переменного резистора вы тоже правы. Спасибо за наводку, я просто забыл его нарисовать XD. Ближе к вечеру обновлю статью покажу как включается переменный резистор, питание и добавлю информации о некоторых отслушанных ОУ.
      4. И снова да) суть этой схемы именно в применении двух ОУ на канал. Насчет прохождения сигнала немного не точно. Сигнал одновременно проходит через оба ОУ, а на выходе складывается, это и позволяет увеличить вдвое выходную мощность.

      Сам я не знаю как звучит данный операционник но параметры у него отличные. Да и в документации так и говорится, что он предназначен для использования в профессиональных высококачественных аудиоцепях и аудио-устройствах. Еще, большой плюс заключается в том, что данный ОУ способен работать от +-2.5В. Что позволяет исполнить усилитель в портативном варианты, а для питания использовать Li-ion аккумуляторы. Они хороши тем, что при необходимости могут отдавать большИе токи, а это очень хорошо для басов.

      Насчет ламп не все так однозначно. По хорошему, для «правильного» лампового звука нужно использовать высокое анодное напряжение, обычно это >200-250В. Не раз слышал мнение, что низковольтные лампы нужны скорее для красоты или в маркетинговых целях и что «ламповой теплоты» в звуке от них не получишь. НО! это совсем не повод не попробовать! :-) мало ли кто и что там говорит, в конечном итоге главный судья звуку — ваши уши и удовлетворять следует их вкус.
      Желаю удачи!

  • Благодарю Вас за ответы! Очень рад!)

    У меня просьба, раз вы собрались обновлять схему, то пронумеруйте, пожалуйста лапки, если это не затруднит вас. Возможно, это пригодится не только мне.)

    Про лампы я пришел к тому же выводу, что в портативе они не раскроются в полной мере. Но собрать и послушать все же интересно.))

    А вообще, необходимость в усилителе для портатива у меня отпала, когда появились наушники лучше чем были до этого. Сейчас у меня Shure srh240a и плейер Dexp symphony. С линейного выхода громкости хватает и еще есть в запасе.) А до этого приходилось слушать через встроенный усь и ставить наполную. Звук в этих наушниках мне очень нравится, особенно с аналоговых источников.)
    Я с ними тоже экспериментировал. По рекомендации решил поставить провод мгтф (0,5) (т.к. благодаря фторопластовой изоляции наименьшая потеря сигнала). Звук стал… мощнее, но тяжелее, мониторность и легкость и объем пропали вовсе. Хорошо, что я это сделал только с одним динамиком, вернул обратно родной провод.))

    • Наконец дополз до компа и по Вашей просьбе дорисовал включение переменного резистора. А также обозначил лапки микросхемы и добавил ноги питания :-)

      Теперь насчет необходимости усилителя для портатива. Дело не столько в громкости, сколько в качестве. Например мой нынешний телефон Xiaomi Redmi 5 выдает громкости с большим запасом на наушники Koss Porta Pro. Однако это не делает звук качественным. Усилитель. описываемый в статье обитает у меня сейчас в плеере Hifiman HM601 и выдает звук на несколько порядков круче телефона. Хотя там АЦП и 16 бит. Ваш то плеер еще поинтереснее будет :-). Но правда к нему действительно врядли нужен усилитель. Начинка итак хороша.

  • Благодарю!) Сайт приятно обновился.)

    Усилитель мне просто интересно собрать. А Вы думали поставить в свой плейер другой/другие ОУ? Я сейчас посмотрел его на ДокторХэде, пишут, что он может больше (правда, там модель slim). Про свой я читал, что кто-то менял операционники и вроде как стало лучше. Мне предлагали поковыряться в моем плейере, но я предпочитаю оставить как есть, тем более, что это подарок.)
    Кстати, у Вас и линейный выход и для наушников или только один (не совсем понял по фото)?

    • На родной начинке плеер проработал у меня год или полтора. Но после смачного падения что-то в нем отвалилось плеер перестал выдавать звук… Было дико лень вникать в родную схему, поэтому вся аналоговая часть, вместе с ЦАП была полностью заменена.

      В качестве преобразователей ток-напряжение и ФНЧ стояли AD8066, на наушники работала AD8397, которая разогревалась AD823. Питалось все это дело двухполярным напряжением, в котором отрицательное напряжение создавалось на MAX660.

      В целом звучало неплохо. Затем я игрался со схемами усилителей и пришел к варианту описываемому в статье. Мне сразу понравилось его звучание даже на не самых хороших ОУ. Но потом поставив в него OPA2132 я нашел звук, который искал.

      Последние несколько недель потроха плеера неоднократно переделывались и в итоге были полностью заменены. Теперь плеер на OPA2132 и OPA2134. Так что в ближайшее время последует серия статей о всех моих проделках XD.

      ПС. насколько я помню, слим по начинке не отличается от просто HiFiMan HM601. И да в нем 2 выхода — на наушники и линейный, но последним я как-то не пользуюсь))

  • Вопрос автору…
    Здравствуйте Андрей!!!
    Собрал я схему усилителя приведенную в Вашей статье на ОУ NE5532, так как у меня были только они.
    Звук понравился, ВЧ чистые, СЧ впечатляющие, НЧ глубокие, да на столько глубокие, что на электронной музыке, и не только, где НЧ опускаются очень низко, на громкости, начиная от середины, идет сильный перегруз. Но в композициях где нет суб низа, все отлично, нет ни каких перегрузов.
    Вопрос, это особенность схемы или слабоваты ОУ???

    • Прощу прощения только сейчас заметил, на последний схеме перепутанны номера ножек 5 и 6.

      Схема нарисованна правльно, выводы указанны верно. Просто сами цифры поставил наоборот. Проверьте может дело в этом.

      NE 5532 неплохие операционники.
      В документации их максимальный ток както странно указан. Говорят что максимальный ток в среднем у разных микросхем 38мА, но у некоторых может быть от 10 до 60. Поэтому можно попробовать поставить другие микросхемы.

      Искажения происходят либо изза того что не хватает тока, либо недостаточное напряжение питания.
      Что вы используете в качестве питани?

      На схеме не указаны конденсаторы по питанию. Желательно поставить емкость микрофарад в 100-200 с ножек питания на землю.

      В ближайшие несколько дней статья будет полностью переделанна и я покажу, как урезать инфранизкие.
      Можете подписаться на твиттер(кнопочка есть в корце статьи) или на комментарии, чтобы узнать об обновлении.

  • Здравствуйте Андрей!!!
    Я эту ошибку заметил и собрал схему правильно.
    Скорее всего похоже на маленький ток у NE5532, так как бас воспроизводится нормально, без слышимых искажений, но вот когда появляется суб бас сразу запирает…
    С питанием все в порядке, использую трансформатор от МАЯК 242, обмотки 20 и 21 вольт, далее два диодных моста, два конденсатора 1000х50В, далее два отдельных стабилизатора 15В на 3 ампера, далее на самом усилителя два конденсатора 470х50В.
    Ставил я ОУ OPA2134, там нет искажений на суб басе, наверно у них ток побольше, но звук тяжелый, очень много мид баса, а суб бас меньше чем у NE5532 и верхов значительно меньше, на слух.
    В общем, звучит этот OPA2134 как я писал, тяжеловесно, мид бас давит на уши так, что слушать становится утомительно, хотя я люблю много баса, но такой бас слушать тяжело. Верхние частоты не так прозрачны как у NE5532.
    Так что NE5532 рулят, по моему, только ток надо увеличивать, может транзисторы поставить на выходе или ОУ все таки лучший вариант в плане качества звучания.
    Да, слушаю на наушниках SONY MDR-ZX100.

  • Здравствуйте . Я не знаю где вы берёте р.детали, но я беру на алишке у проверенных продавцов. С доставкой в десять раз дешевле. Разве что чуть подождать. А теперь по делу. Выдрал с плат-доноров две 4580, своял усилок, звучание в общем удовлетворило. Но совершенствованию нет предела.Заказал у (друзей) OPA2604.На одном канале поменял. Тоесть, на одном канале осталась NJM4580 а другой с переделанным входом без С1 на OPA2604.У прослушивающих, 7 против 3 в пользу OPA2604. Но на 15 центов дороже. А есть ещё дороже и лучше, а лучшее, враг хорошего. Это моё мнение. Можете попинать.

  • Серж я приветствую Вас !!!
    Да думаю многие берут детальки на Алишке и я в том числе. Конечно там оригинальность деталек сомнительна, а проверенных продавцов я не знаю, может подскажите где можно заказывать.
    А NE5532 не тестировали в данной схеме? Я тоже хочу послушать с NJM4580, когда приедут с Китая. Пишут что звучат они хорошо и автор статьи то же такова же мнения.
    Серж, как повлияло на звук отсутствие С1…?

    • Добрый день. Ну и на проверенных торгашей бывает проруха. Из пяти АД8065 две живые только. Сослался, что мол при пересылке входные мосы от статики накрылись. Хоть OPA2604 более капризные, целые оказались. Кондёр С1 по звуку сэкономил покупку , что-то типа wima.По звуку не понял. Сравнивал с К73-16. Просто я поменял в звуковой asus-DS выходную микросхему NE5532.Она на панельке там.Отвечает там за фронт и наушники.Так что я знаю, что у меня вход надёжный.Пришлось лепить офигенный бутерброд с OPA2604*2.В звуковой по советам спецов закоротил разделительные кондёры.С низкоомными наушниками полёт супер.А если втыкать такой усилитель куда попало, то С1 нужен. По советам на другом форуме, NE5532 выкинул и не посмотрел куда.NJM4580 Не плохо звук выдают, но OPA2604 лучше и вход на полевых транзисторах.Можете попинать.

      • День добрый!
        Печально… вообще это все таки вина продавца. Для боящихся статики микросхем он должен был использовать антистатические пакетики. Использовал AD8066, даже паял незаземленным паяльником, никаких проблем не возникло…
        NE5532 неплохие ОУ, но они все-же не прицезионные, в отличие от большинства OPA. OPA2604 честно говоря не слушал, но характеристики у них отличные. А главное — чтобы Вам нравилось ;)

  • Как и обещалось, статья была полностью переписана.
    Ошибка с обозначением выводов исправлена. В последней схеме добавлен конденсатор С3, срезающий инфранизкие, которые могут излишне нагружать ОУ. А так же немного изменен выход (добавлен R5).

    to Серж:
    OPA2604 — отличные ОУ, как и многие из ОПА-шек. У меня сейчас стоят OPA2132, по звуку, на данный момент, меня полностью устраивают. Можете еще попробовать AD-шки, упомянутые в тексте.

    to Александр АМ67:
    Конденсатор С1 можете смело замкнуть. Лишний конденсатор на пути звука — всегда не есть хорошо. NJM4580 мне и правда понравился, особенно учитывая его стоимость. У него очень правильная звуковая сцена, хорошая детальность и звук не окрашен. Собственно для этого он и разрабатывался.
    Но с OPA2132, как мне показалось, лучше глубина сцены.

    • Мне пришли АД8065 , но только две штуки целые. А они одиночные и скорей всего пойдут бутербродом в звуковую ASUS-DS. А бутерброд с OPA2604 (писал выше) пойдёт отдельной платой. Для питания усилителя нискоомных наушников , питание от звуковой не очень подходит.Моё мнение. Надо хотя бы +- 12В. Вот только с раздельной землёй, я не понял. Или это с другого огорода?

      • Да, питание в компе так себе… Можно попробовать использовать dc-dc преобразователь.
        А насчет разделенной земли — речь шла про другую схему усилителя для наушников, которую я пока так и не получил(

  • Я много лет собираю и чиню разные УНЧ. Недавно сделал УНЧ для ТЛФ ,с ООС чисто по току. Схема не сложная , но требует разделения земли у обоих каналов и получается по тюльпану на канал (4 контакта вместо трёх : ЛК ПК И ОБЩИЙ) и звучание меня удивило. А этот УНЧ для ТЛФ я ещё в 90х годах видел. Но скажу , что он вполне устраивает Hi Fi любителей. Но не Hi End.

    • Здравствуйте, Александр!
      Спасибо за Ваш комментарий.
      Конечно эта схема не нова, но она себя хорошо зарекомендовала, стабильна и проста.

      Разумеется при разделении земель и токовой ООС можно получить еще более интересный вариант, но это уже следующий шаг.

      Всетаки усилитель рассчитывается на более широкую аудиторию. А далеко не у каждого есть наушники с разделенными землями.

      А вот взглянуть на вашу схему я бы не отказался. Если вас не затрудит отправить мне ее на емэйл.

  • Андрей, спасибо за дополнения в схем, попробую этот вариант обязательно. А DC-DC преобразователь описываемый Вами в статье явно завышен и не слабо, китайцы хитрить начинают.

  • В торопях написал немного не так. Правильный текст такой.
    Спасибо за дополнения в схеме…
    DC-DC преобразователь, описываемый Вами в статье, явно завышен в цене…

    • Да, соглашусь с Вами, цена завышена. Да и все таки остаются сомнения с работой от аккумулятора. Поэтому было решено сменить модуль на более дешевый и еще более маленький вариант, который отлично подойдет для портативной конструкции. Уже добавил инфу в статью.

  • Проект по созданию портативного усилителя Vol.X, в целях разгрузки был перенесен на отдельную страницу.

  • Андрей, мне пришли две MUSES 8920. Через ебей. На вес золота, и все попытки улучшения звука я по моему прекратил. Тянут 8 ом наушники и всё —.Я в шоке. А есть ещё лучше.Лучшее это враг хорошего.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.