Вдоволь насытившись работой лампового усилителя, я решил продлить и расширить тему высококачественного звуковоспроизведения и собрал по аналогичной схеме усилитель на полевых транзисторах с целью сравнить характеристики обоих. Считается, что звук усилителя на полевиках не отличается от лампового звучания. Схемы получились не только одинаковыми по количеству усилительных каскадов, но и с одинаковыми характеристиками. Высокая динамика, отсутствие шумов, линейная частотная характеристика, отсутствие нелинейных искажений, чего ещё надо желать. Только я вот уже целый день перетыкаю телефонный штекер из одного телефонного гнезда в другое, в попытке определить победителя конкурса.
Качество работы усилителей удобно определить с помощью наушников. Высококачественные наушники обойдутся дешевле высококачественной акустической системы, для которой необходима ещё и специальная комната соответствующих размеров с поглощающим звук материалом, например устланная и облепленная коврами. В качестве первичного источника звука я использовал самодельный тюнер с диапазоном 88 – 108 МГц, имеющий непосредственный выход с частотного детектора. Можно использовать обычный радиоприёмник с диапазоном FM , а входной сигнал снять с регулятора громкости.
Схема этого усилителя действительно не отличается от лампового экземпляра, по крайней мере, они обладают одинаковыми характеристиками, даже имеют одинаковую фазу выходного сигнала (фото 1). Первый полевой транзистор является усилителем звукового сигнала. Два других транзистора, составная пара, истоковый повторитель, имеющий высокое входное и низкое выходное сопротивление, что позволяет не только использовать сравнительно низкоомные наушники с сопротивлением 15 Ом, но даже динамическую головку. Все транзисторы работают в линейном режиме, но основной ток протекает через последний транзистор. Кстати он ключевой, снятый с материнской платы, рассчитан на большие токи, имеет очень маленькие переходные сопротивления, а поэтому не нуждается в радиаторе, хотя в работе нагревается до 50 градусов, но это нормальный для него режим. Такая простая схема не нуждается в кропотливой регулировке, имеет высокую стабильность параметров и хорошую повторяемость. Цепочка R C – отрицательная обратная связь, уменьшает уровень сигнала на 4 дБ, а вместе с ним и уровень нелинейных искажений.
Пожалуй, я выскажу своё мнение. Два бокала с вином, имеющие одинаковый вкус, не всегда имеют одинаковое послевкусие. А впрочем, у каждого человека свой вкус, а значит, будет и разное послевкусие.
Конструкция и детали.
Всем ценителям лампового звука выношу на суд свою конструкцию лампово полупроводникового усилителя. Источником для творчества послужили залежи германиевых транзисторов, пролежавших в коробке и успешно позабытыми хороший десяток лет.
Наверное немногим известен тот факт,что именно германий дает звучание максимально приближенное к ламповому. Вся советская техника до появления кремниевых полупроводников строилась либо на лампах либо на германиевых транзисторах. При всех своих минусах германий имеет очевидные плюсы перед кремнием.
Германий или кремний?
Прилагаю в доказательство таблицу физических свойств германия и кремния.
Из таблицы видно, что подвижность электронов и дырок, продолжительность жизни электронов, а также длина свободного пробега электронов и дырок значительно выше у германия, а ширина запрещенной зоны ниже, чем у кремния. Известно также, что падение напряжения на переходе р-n составляет 0,1 - 0,3 В, а на n-р - 0,6 - 0,7 В, из чего можно сделать вывод, что германий является гораздо лучшим проводником, чем кремний, а следовательно и каскад усиления на транзисторе p-n-p имеет значительно меньшие потери звуковой энергий, чем аналогичный на n-p-n. Возникает вопрос: почему же выпуск германиевых полупроводников был прекращен?
Прежде всего потому что по некоторым критериям Si намного предпочтительнее, поскольку може тработать при температуре до 150 градусов Цельсия, а Ge - 85. Да и частотные свойства у него гораздо лучше. Вторая причина - чисто экономическая. Запасы кремния на планете практически безграничны, в то время как германий - довольно редкий элемент, технология получения и очистки которого значительно дороже.
Принципиальняа схема усилителя
Изначально мною был построен усилитель НЧ на мощных транзисторах П210в, качеством и звучанием которого я остался очень доволен. Через некоторое время я решил соединить лампы и транзисторы. Идея не нова и изрядно потертая. Много конструкций было найдено на просторах интернета, но из всего множества схем была найдена только одна схема лампы плюс германий, да и то как мне показалось неоправданно-мудреная.
Я решил подойти иначе к постройке задуманного усилителя взяв за основу классическую двухтактную схему, на основе которой строились все усилители со времен появления транзисторов и схему ремейк, лампа плюс полевой транзистор. Как видно из схемы ламповая часть с транзистором осталась без изменений.
Эта схема предлагается многим радиолюбителями как ламповый усилитель для наушников . В последствии оказалось очень удобно иметь ламповый усилитель НЧ для наушников и на акустику - построенный на транзисторах. Схема в особом описании не нуждается, при правильной сборке все начинает работать сразу.
Для удобства мною была поставлена кнопка на две пары контактов для отключения транзисторной части от ламповой, что в свою очередь избавило от необходимости отключать колонки от усилителя при использовании наушников. Но при желании можно одновременно слушать и ухи и колонки - кому как нравится.
Наладка и подбор транзисторов
Несколько слов о настройке транзисторной части. Необходимо установить половину напряжения питания относительно выхода. Устанавливается подстроечным резистором,который желательно применить многооборотистый. Возможно придется подобрать резисторы в базах выходных транзисторов в пределах 150-300 ом. Эта величина зависит от буквы в серии транзистора. Вот пожалуй и вся настройка.
При данном комплекте транзисторов и источнике питания 22В, на выходе имеем около трех ватт. Конечно мощность небольшая, но этого достаточно чтобы с комфортом насладиться звучанием германиевой схемы вкупе с лампой. Можно было конечно использовать транзисторы П217 что дало бы 10 ватт мощности или же ГТ705 или ГТ806, соответственно заменив остальные транзисторы на противоположную проводимость. В таком случае пришлось бы делать два независимых источника питания.
Так как транзисторы эти прямой проводимости то в данном включении с лампой схема работать отказывается. Немного поразмыслив пришлось пожертвовать выходной мощностью но зато избавил себя от перспективы разбирать трансформатор и мотать еще одну обмотку, по причине отсутствия подходящих трансформаторов с двумя вторичными обмотками.
Если все же кому то захочется что то по мощнее то вполне допустимо поставить две пары выходных транзисторов ГТ404. Желательно чтоб все транзисторы в схеме имели один буквенный индекс, что в свою очередь существенно упростит установку тока покоя да и вообще избавит от нежелательного перегрева выходных транзиторов.Для справки - транзистор ГТ404 имеет максимальную рассеиваемую мощность на коллекторе 0.6 Вт но хорошо отдает около 1.2 Вт при 22В.
Хотелось бы отметить еще один момент, кто то возможно захочет умощнить схему применив в выходе кремниевые транзисторы, например КТ805 или другие. Сразу оговорюсь, да, применить можно но тогда теряется вся окраска звука германиевой схемы и кроме того у вас появятся искажения типа ступенька. Кремневые транзисторы в такой схеме грешат этим недостатком, и убрать эту ступеньку не усложнив схему невозможно. Потребуется делать цепочку смещения на базы выходных транзисторов и усложнять обратную связь.
Германий же имеет преимущество в виду отсутствия искажений типа ступенька в данной схеме включения. Усилитель работает в классе АБ. Ну вот вроде самое основное по схеме сказано.
Блок питания усилителя
Теперь перейдем к блоку питания нашего гибридного лампово-транзисторного усилителя для наушников и колонок. В качестве трансформатора можно использовать любой мощность 15-20ватт. Мною был применен ТС-20, извлеченный откуда-то на работе, не помню откуда. Все обмотки в нем уже имелись и по толку подходили что существенно упростило изготовления блока питания для УНЧ.
Для тех кто пожелает не использовать часть усилителя для наушников исключив транзистор irf630, необходимость в транзисторном стабилизаторе отпадает, поскольку сама схема оконечного усилителя не критична к хорошо отфильтрованному и стабилизированному источнику питания и работает от простейшего выпрямителя с одной емкостью в 4700 мкФ. Фон переменного тока полностью отсутствует.
Сама же схема стабилизатора необходима для варианта с полевиком, поскольку схема линейная работающая в классе А и потребляет около 2 ампер, то ей необходима хорошая фильтрация дабы устранить фон переменного напряжения. Накал лампы тоже нужно питать постоянкой с делителем на резисторах, что изображен на схеме.
Применив все выше указанное вы избавите себя от проблемы фона переменного тока в наушниках. Есть схемы источника питания на LM317 или же на регулируемых кренках наподобие КР142ЕН8. Плюс ко всему в таких схемах используются цепочки R-C фильтров. Резисторы очень сильно греются. И еще мною было обнаружено что при использовании выпрямителя на указанных выше микросхемах, при отсутствии сигнала в наушниках наблюдается довольно сильное шипение.
Это шипение так для меня и осталось загадкой. По этому и была взята сама обычная схема на двух транзисторах. Марку стабилитронов не указал по причине того что придется подобрать три или два штуки таким образом чтоб на выходе получилось 22-27 вольт. Больше указанной величины подымать не стоит, а то спалите германиевые транзисторы (ГТшки).
Проблему щелчков в наушниках при включении решил просто запараллелив стабилитроны емкостью в 2200 микрофарад. секрет в том что при включении напряжение на выходе блока питания появляется постепенно, в течении 20 секунд возрастает до нормального рабочего. И второй плюс - конденсатор включенный таким образом очень хорошо сглаживает пульсации на выходе блока питания(БП).
Корпус для лампового усилителя
Теперь несколько слов о корпусе. Не мудря и не изобретая нового велосипеда взял обыкновенный корпус от компьютерного CD-ROMа, последний и был выдран мною со списанного хлама на той же работе. Как видно из фотографий трансформатор находится под круглой частью корпуса (консервная банка от горошка), что само по себе является хорошим экраном.
На радиаторы закреплены выходные транзисторы через слюдяные прокладки, намазанные термопастой. Транзисторы крепятся посредством двух алюминиевых квадратных планок с дыркой по середине, куда и воткнуты с натяжением. В качестве украшательства были применены прослойки из оргстекла, выточенные вручную и подсвечены светодиодами.
В гнезда радиоламп были воткнуты трехцветные светодиоды, плавно меняющие цвет. В конечном итоге получилась вот такя конструкция что очень симпатично светится и радует хорошим теплым звуком. Мною было собрано множество конструкций на германии и можно сказать с уверенностью что несмотря на свои недостатки в виде очень низкой рабочей частоты менее 1 МГц и максимальной полосой пропускания не выше 18КГц в унч, что ни один кремнивый, будь то транзисторный или микросхемный, с супер параметрами, усилитель не звучит так как германивый усилитель.
При наличии необходимых компонентов все в ваших руках, данная конструкция предложена как мотивация к творческой деятельности и для тех кто хочет собрать нечто подобное.
Вступление
Сразу откровенно скажу, что это был мой первый аудиоусилитель, а это первая моя подобная статья, и если кто-то из более опытных и знающих датагорцев увидит слабые места данного проекта, прошу сообщить мне об оных, буду премного благодарен!Началось все с того что под новый год решил я сам себе сделать небольшой подарок, а именно наушники одной небезызвестной немецкой фирмы. Так как всю жизнь музыку я слушал либо через недорогую китайскую мультимедийную акустику либо в корейской машине, новое приобретение показалось мне просто сказкой! Музыку в новых наушниках я слушал вечера напролет. Дальше - больше, если «уши» за 50 баксов выдают такое качество звука, что если купить что-то посерьёзней, загорелся я!?
Посидев в интернете выяснил, что «серьёзные» наушники имеют сопротивление больше 32 Ом (которое я считал стандартом для всех наушников), попутно выяснил что для подобных экземпляров лучше обзавестись специальным телефонным УМЗЧ, чтобы раскрыть их потенциал. Но покупать ещё и усилитель в мои планы никак не входило. Сделаю сам, подумал я, благо моя профессия напрямую связана с электроникой.
Рис. 4 Откорректированная под себя схема усилителя
Свою же печатку я тоже подправил, вот финальная версия - рис.5. Все транзисторы поставил под один радиатор (все равно не греются сильно), освободил место под свои доработки.
Рис.5 Финальная версия печатной платы усилителя
Две черные дорожки находятся с обратной стороны платы (я их вырезал ножом после травления и сверления). Плата получилась двухслойной по другому нормально не разводилось, размер 90х110 мм.
Рис.6 Схема блока питания
Сразу возникло несколько вопросов:
- почему нет пленочных или керамических конденсаторов в выпрямителе?
- есть ли реальная польза от конденсаторов в параллель диодам моста?
- с какой целью выбраны именно такие номиналы резисторов в обвесе стабилизаторов?
Соберу - увижу, подумал я. Ну в общем – не фонтан. Как я и думал без пленочных конденсаторов в выпрямителе никуда, конденсаторы в параллель диодам в теории снижают уровень ВЧ помех, но и без них не плохо, разницы я не заметил ни на слух, ни по приборам. А вот работа схемы включения стабилизаторов мне понравилась, надо взять на заметку. При подключении усилителя прослушивался фон 100 Гц. Не буду размусоливать свои эксперименты, конечная схема блока питания, с моими корректировками (рис.7)
Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только
Рис.7 Схема блока питания с моими корректировками
Теперь блок питания меня устраивает, фон из наушников ушел. При максимальной нагрузке (1А по обоим плечам) напряжения на выходе стабилизаторов просаживаются на 10 мВ.
Моя печатка на рис. 8
Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только
Рис. 8 Печатка блока питания
Готовый к работе блок питания установленный на шасси представлен на рис.9.
Рис. 9 Блок питания усилителя
Немного о конструкции. Слепыш БП изготовлен из двухстороннего 3-х мм стеклотекстолита, т.к после травления дорожек на обратной стороне осталась медная фольга, решил её не отдирать (противное занятие), будет дополнительная экранировка. Радиатор на два стабилизатора один, опять же от старой материнской платы. В правой части платы присутствует разъем для подключения голубого светодиода (для светодиодов другого цвета нужно уменьшить номинал резистора R1 см. рис. 7). Выходные напряжения выводятся через провода, впаянные непосредственно в плату (синий жгут рис. 9). Трансформатор прикручен к плате шпилькой М6. Размер платы 90х200 мм.
Корпус
Как всегда самая трудоемкая часть проекта - корпус. Корпус полностью разборный (мое специфическое требование, кто работает на режимном предприятии - поймет:blush:) изготовлен из алюминия 2.5 мм и стеклотекстолита 3 мм. К прямоугольной пластине из стеклотекстолита, служащей шасси для прибора, припаяны латунные гайки М5. К шасси 4-мя шестигранными стойками и 2-мя винтами прикручена плата блока питания (см. рис. 9). К стойкам прикручивается плата усилителя, подключается разъем от блока питания рис. 10.
Рис.10 Сборка усилителя.
Лицевая и задняя панели изготовлены из листового алюминия, согнутого на станке. Верхняя крышка выполнена из стеклотекстолита. Боковые панели из алюминия прикручиваются в конце сборки к уголкам на шасси и на верхней крышке, они образуют своеобразные ножки.
Собранный усилитель (рис. 11) получился полностью экранированным, винтовые соединения обеспечивают надежный электрический контакт между деталями корпуса. Задняя панель содержит стандартную 3-х контактную вилку от компьютерного БП, и выключатель от туда же.
Рис.11 Собранный прибор
Кратко опишу важные аспекты сборки.
- Все провода скручены, а те, что идут от блока питания к усилителю экранированы (на всякий случай).
- ВАЖНО! Корпус блока питания связан с шасси в одной точке, там, где прикручивается трансформатор (поэтому шпилька крепящая трансформатор латунная)
- ВАЖНО! Гайки разъёмов под наушники на передней панели (на них висит сигнальный корпус) изолированы от передней панели диэлектрическими шайбами.
- Вал потенциометра электрически связан с корпусом прибора, если этого не сделать при прикосновении к валу потенциометра будут наводки в наушниках.
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:
Я, конечно, ничего не мерил, но именно на те самые ТДС-3 я по вечерам слушаю звук от ДВД, когда смотрю кино на крыше, чтобы не пугать соседей. Поверьте, от подсевших батареек звучит намного лучше, чем от сетевого БП. А таких батареек после каждого спектакля у меня остается не менее десятка.
--
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".
Люблю слушать музыку. Без достаточного уровня громкости — это невозможно (динамический диапазон — сами понимаете). Очень приятно слушать через мощный усилитель и большие динамики – но соседей беспокоить не хочется. Подключил наушники к выходу звуковой карты, Creative X-Fi в моем случае, звук с нее мне очень нравится, но громкости мне оказалось недостаточно. Решение вопроса всем понятно – купить усилитель для наушников или сделать его самому. Сделать самому мне захотелось больше. За принципиальными схемами, конечно, в Интернет. Схемы и описания различных усилительных устройств, которые я там нашел, приводить не буду, можете все найти сами. Делюсь с вами только тем, что я реально сделал и что нормально работает.
Диапазона усиливаемых частот, при использовании современных, и не очень, микросхем и транзисторов, как правило, совершенно достаточно для усиления звука очень качественно. Сразу же меня очень подкупил своей простотой усилитель на транзисторах. Схема, поначалу, показалась корявенькой, но решил сделать это устройство. На принципиальной схеме показан один канал усилителя, плата разведена под стерео усилитель.
Изготовил его с применением транзисторов, которые у меня были в наличии и в большом количестве. Заработало сразу. Результат меня удивил: звучало и усиливало нормально. Поскольку на наушники поступает постоянное напряжение (около 2 в.) есть проблема фона по питанию. Идеальный вариант питания – батарейки или стабилизированный источник питания 5в. После того, как удалось избавиться от фона, изменяя емкость фильтра питания 470мкф (в случае питания от зарядки телефона Нокия, конденсатор выпаял совсем), звук мне показался достаточно громким и качественным. Транзисторы на выходе, как вы заметили, соединены по схеме Дарлингтона, и 2T603, которые я поставил, прилично греются в таком режиме, но держат без радиаторов. Сделал таких усилителей три штуки, меняя компоновку деталей, убирая перемычки и добавляя разъемы. Компоновку последней версии привожу здесь. Кому не понравится – редактируйте в программе Sprint-Layout 6.0. При подключении к этому усилителю других наушников звук мне в них не понравился и тогда решил изготовить другой усилитель.
В одной из статей Интернета прочитал хороший отзыв о старенькой микросхеме KA2206, на ней и решил сделать усилитель для новых ушей.
На фото готового усилителя виден вариант с добавочным усилителем для динамического микрофона, от схемы усилителя, к микрофонному, идет только питание. О микрофонном -ничего писать не буду – не та тема.
На Ali Express купил 10 шт. микросхем за 100р. Схема из даташита микросхемы. Питание, в моем варианте, 8в. стабилизированных (стабилизатор в блоке питания LM7808 без радиатора, греется градусов до 60). Усилитель нормально работает, начиная, от 5в по питанию (правда, при питании 5в, похрипывают самые низы на максимальной громкости). Никакого дополнительного охлаждения микросхеме не требуется. При напряжении питания выше 10в микросхема ощутимо греется. Возможно, понадобится коррекция усиления по каналам (баланс), я изменял сопротивления на входе в одном из каналов 1К и 20К, сумма сопротивлений должна оставаться постоянной – 21-20К. Резисторы, которые обозначены на плате 0,2 – 0,9К (на плате установлены вертикально), использовал 750 ом., ими регулируется коэффициент усиления. Можно вместо них впаять перемычки, но тогда уровень усиления и, главное, фона очень высок (может это субъективно). Конденсаторы 0,15мкф. заменил 0,1мкф. Керамика. Звук этого усилителя меня устроил, с новыми наушниками и со старыми.
В планах собрать усилитель с электронной регулировкой громкости. Эти устройства изготавливал по отдельности: регулятор и усилитель собирались по схемам даташитов – работают нормально, а теперь вот объединил и развел платку.
Если в нагрузке наушники, и с указанным питанием, уверен, радиатор усилителю мощности не потребуется, но, на всякий случай, он здесь нарисован (алюминиевая пластина толщиной 1,5мм). Не буду приводить схему принципиальную – все понятно и на рисунке платы. Коэффициент усиления регулируется резисторами 0,2-1,0К: чем больше сопротивление, тем меньше коэффициент усиления. Можно ставить перемычки вместо этих резисторов – если потребуется максимальное усиление. Применяемые микросхемы не дефицит и по цене очень недороги. Кнопки без фиксации, интегрированные на плате, те которые были у меня в наличии.
Для тех, которые есть у вас, подкорректируйте плату или выведите проводами. Резистор R\X подбирается под ваш указатель (если он есть), можно использовать стрелочный индикатор записи от старых магнитофонов. При максимальной громкости сопротивление подбирается так, чтобы индикатор показывал максимум. Индикатор подключается к точкам Ук. Входной сигнал к точкам IN R и IN L. Выход к точкам OUT R и OUT L. Резисторы номиналом 4,7 Om могут быть мощностью 0,25 вт., больше не нужно. Если установить радиатор этот усилитель вполне можно использовать с колонками. При питании 12в. переменки этот усилитель выдаст 2 х 6 вт. мощности, конечно мощность трансформатора питания должна быть около 30 вт. Может, кто-нибудь сделает этот усилитель быстрее меня и поделится впечатлениями.
