Высококачественный усилитель для наушников на микросхеме TDA2003. Делаем портативный усилитель звука для наушников

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.

Из доступных материалов. Каждому знакома ситуация, когда необходимо немного увеличить громкость. Например, от телефона или компьютера, чтобы можно было слушать комфортно музыку или же беседовать. Проблема в том, что в продаже не всегда можно встретить маломощный усилитель, который смог бы удовлетворить ваши потребности. Поэтому нужно изготовить его самостоятельно. Благо, это делается очень просто.

Конструкция на транзисторах

Она окажется простой, но привередливой - многое зависит от параметров резисторов и конденсаторов, используемых в конструкции. Кроме того, транзисторная схема получится довольно громоздкой. Но это не так уж и страшно. Как правило, используется простейшая двухкаскадная схема усилителя, в которой всего два транзистора. Зачастую это КТ 315 или подобные. Эти транзисторы завоевали популярность у радиолюбителей. Из них можно сделать абсолютно всё, в том числе и усилитель для наушников своими руками.

Вот только есть недостатки у таких конструкций. Нужно точно подбирать напряжения питания эмиттера, базы и коллектора. Обратите внимание на то, что к базе, например, подходит два типа напряжений:

Положительное (через сопротивление от плюса питания).
Отрицательное (через сопротивление от минуса питания).

Главное - точно подобрать резисторы, чтобы обеспечить минимально необходимое значение напряжения на базе.

Усилитель на микросхемах

Вышеописанная конструкция довольно требовательна и в плане питания. Необходимо свыше 5 Вольт, чтобы она работала стабильно. А вот если применить небольшую микросхему, например, TDA 2822, вы получите следующие характеристики устройства:

Напряжение питания может колебаться в интервале: от 1,8 до 15 В.
Выходная мощность - не более 1,5 Вт.

А вся конструкция поместится на маленькой печатной плате. Корпус устройства будет очень маленьких размеров - примерно чуть больше, чем две пальчиковые батарейки, которые будут использоваться для питания всей схемы. Кроме того, к этому усилителю можно подключить небольшие динамики. Он без труда будет работать с ними.

Детали для усилителя

Чтобы изготовить качественный и простой усилитель для наушников, вам необходимы следующие материалы:

Микросхема - TDA 2822.
Переменный резистор - 10 кОм.
Постоянные номиналами 4,7 кОм - 2 штуки; 10 кОм - 1.
Электролитические конденсаторы 10 мкФ - 2 единицы.
Плёночные конденсаторы (неполярные) ёмкостью 100 нФ - 3 штуки.
Два гнезда - 3,5 мм.
Батарейки.
Небольшой кусок фольгированного материала.
Подходящий корпус.

Намечаете расположение деталей на плате и рисуете дорожки. Покрываете их лаком или же пользуетесь распечаткой рисунка на лазерном принтере. Об этом стоит поговорить отдельно.

Печатная плата

Главное - это сделать печатную плату. Только в этом случае будет стабильно и качественно работать портативный усилитель для наушников. Своими руками сделать качественную плату можно без особого труда. Для этого вам потребуется программа для рисования подобных устройств. Можно даже за неимением таковой воспользоваться стандартным приложением Paint. Только важно соблюдать все размеры. Рисуете расположение дорожек и выводов всех элементов, затем необходимо распечатать полученное изображение на глянцевой бумаге.

Вот тут-то и пригодятся различные проспекты, которые бесплатно выдают на улице и в магазинах. Печатаете с максимальной степенью жирности. Бумага должна пропитаться тонером. Чтобы сделать усилитель для наушников своими руками, вам нужна качественная плата. Поэтому закрепляете со стороны фольги глянцевую бумагу, чтобы она плотно прилегала. Хорошо прогретым утюгом нужно водить несколько минут по плате. Благодаря этому тонер с бумагой прилипнет к фольге. Конечно, плату нужно обезжирить перед началом работ. Вот и всё. Теперь остаётся лишь избавиться от бумаги. Тёплой водой смываете её, а тонер остаётся на поверхности фольги.

Готовите раствор хлорного железа. Это оптимальный вариант для травления печатных плат. Погружаете в раствор свою заготовку - через несколько минут вся лишняя медь уничтожится (если концентрация раствора хорошая). Если нет - придётся подождать. После сверлите отверстия под элементы, покрываете дорожки оловом и приступаете к монтажу. Последний шаг - подключение проводов питания. Делаете это только после того, как убедитесь окончательно в правильности монтажа.

Давно хотел сделать отдельный усилитель для наушников - все не было времени, хотя наушники уже купил как два года. Ничего особенного, Sennheiser HD 558, но звук выдают на приемлемом для меня уровне.
Пересмотрел множество схем и перечитал кучу информации и форумов. Хотелось, чтобы схема была простой и качественной по звуку. Размышляя, чего хочу, пришел к выводу, что для наушников нужна относительно небольшая мощность и должен подойти какой-нибудь умощнённый транзисторами ОУ или же просто мощный ОУ с низким THD+N, так сказать «драйвер». И вот подвернулась микруха от TI, специально предназначенная для этих целей, TPA6120.

По своей сути представляющая собой весьма мощный и очень быстродействующий ОУ с чудовищно низким THD+N (ну по крайней мере для меня). Немного полазив в гугле по поводу различных включений микросхемы и конструкций нашёл для себя неплохой вариант на одном сайте чешского радиолюбителя Павла Ружички (Pavel Ruzicka). Микруха включена по неинвертирующей схеме, на входе 50 кОм потенциометр известной японской фирмы ALPS . Решил реализовать именно такой вариант.

Схема наушникового усилителя на TPA6120 и БП

Мой вариант схемы

Блок питания

Проштудировав даташит на TPA6120, всё-таки кое-какие изменения в схему внёс. Так называемые блокирующие конденсаторы в оригинале стоят плёночные, даташит же настоятельно рекомендует использовать SMD керамические конденсаторы, да ещё и как можно ближе к выводам питания - для исключения возможного возбуждения усилителя.
Собственно говоря, больше всего возбуждения и боялся, очень уж микросхема быстродействующая.

Этот страшный PowerPAD побеждён

Из-за отсутствия опыта изготовления двусторонних ПП, плату было решено делать односторонней. И тут вскрылась ещё одна проблемка. Из-за того, что микруха очень мощная для своих размеров, у неё на «пузе» сделана площадка для теплоотвода - PowerPAD, которая припаивается к площадке под микросхемой и ещё вдобавок является общим проводом.
Я как-то отмёл неприятные мысли, решил, что как-нибудь припаяю. Но обо всем по порядку.

Начал искать необходимые комплектующие, сразу стало понятно, что TPA6120 у местных нет, не говоря уже об ALPSе. Великий китайский Брат выручает в очередной раз, заказал микросхему TPA6120 и потенциометр ALPS на Алиэкспресс .
У местных купил корпус, трансформатор и остальную мелочь. После того как всё было на руках прошло ещё 4 месяца прежде чем взял в руки… утюг.

При проектирование платы усилителя уделил особое внимание расположению резисторов в соответствии с даташитом, чтобы были наименьшие расстояния от ног входов и выходов до резисторов, чтобы не было возбуждения. И вот платы протравлены, просверлены и залужены. И здесь я уже серьёзно начал задумываться, а как же паять этот хитрый PowerPAD и вообще чего с ним делать.

Снова в Интернет. На одном из форумов нашёл интересное решение. Без паяльного фена и двусторонней ПП с метализированными отверстиями выход один: сверлить под микросхемой отверстие и через него пытаться припаять к PowerPAD-у микросхемы самодельный радиатор.

Попробовал такой предложенный вариант: сверлится отверстие 1,5 мм, берётся медная проволока, лудиться и накручивается спиралькой вокруг сверла 0,8 мм (я вокруг иголки намотал) длиной 2-3 см. Позиционируется и прихватывается микросхема, спиралька опускается в отверстие и жарится это всё 40-ватным паяльником, естественно с добавлением припоя и флюса. Цель - не просто припаять спиральку, но и чтобы края площадки PowerPAD-а также припаялись к печатной плате.

Вот она, моя система охлаждения для TPA6120. Видите странную «пружинку» в центре?

Держал паяльник несколько секунд и всё получилось! Всё оказалось проще, чем думал. Спасибо доброму человеку за идею!

Звучание

Платы готовы, соединяю всё проводами, быстрая проверка. Постоянки на выходе нет, подключаю свой ЦАП, Сенхайзеры, врубаю «The Dark Side Of The Moon» и наслаждаюсь… Наверное, описывать звук и тем более его качество неблагодарное занятие, надо просто услышать самому.
В общем скажу, что звук мне очень понравился во всем диапазоне частот. На слух - минимум искажений, для меня их просто нет. Раньше я слушал свои наушники Sennheiser HD 558 со встроенной звуковой картой. Теперь я их просто не узнал! Появились басы и звук очень детальный.

Итого

Усь поёт. Возбуждения не наблюдается, и слава Богу, благо, были приняты все меры для этого. Сомневался, что спиралька будет хорошо тепло отводить, поставил на час с музыкой на приличной громкости, потрогал микруху - по ощущениям градусов 30-35. Спиралька тёплая, с обратной стороны площадка тоже слегка теплая, значит микруха припаялась нормально, тепло отводится хорошо и на этом я успокоился.

И началось самое сложное и мучительное для меня - собрать всё в корпус. Пару вечеров с дрелью, пассатижами, отвертками, напильниками и кучей нецензурных выражений! Ура, запихал платы в корпус. Корпус оказался великоват для усилителя, за то монтировать удобно и смотрится солиднее в большой коробке. Осталась одна задачка: сделать надписи на лицевой панели. Но это уже совсем другая история.

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".

Каждый начинающий радиолюбитель после первых удачных экспериментов, ощутив сладость своих побед, хочет попробовать сделать что-то настоящее. Не игрушку, а реально работающую полноценную вещь. Для этого прекрасно подойдёт самодельный простой который умелыми ручками можно собрать всего за несколько минут.

Где его можно применить? Во-первых, по прямому назначению, а именно для усиления сигнала от темброблока или предусилителя, то есть там, где слишком слаб, и подключить наушники невозможно. В этом случае можно сделать усилитель для наушников своими руками.

Во-вторых, он пригодится как дополнительный инструмент. Портативный усилитель для наушников вполне применим для тестирования схем. Ведь часто появляется необходимость найти место обрыва сигнала в новой схеме, которую вы собрали, но она никак не хочет работать. Например, вы сделали тот же усилитель для наушников своими руками. Он и поможет в поиске причины неисправности. С ним можно очень быстро найти точку, в которой пропадает сигнал. Ведь часто это случается из-за пустяка: плохо пропаялась деталь, неисправный конденсатор и т.д. Визуально или с помощью тестера причину бывает трудно найти.

Сделать усилитель для наушников своими руками просто, ведь схема моно состоит всего из пяти деталей. Основана она на микросхеме TDA7050, которая стоит 30-80 рублей. Но, думаю, что в ваших запасах радиодеталей, которые всегда имеются у любого увлечённого этим делом, такая микросхема найдётся. Она часто использовалась в кассетных плеерах и других простых устройствах воспроизводящих звук.

На этой же микросхеме можно сделать и стереофонический усилитель для наушников своими руками. Для этого придётся добавить два полярных конденсатора на выход (можно один общий), а входной можно сделать из сдвоенного

Сама микросхема представляет собой в корпусе нормального размера (DIP8). Рабочее напряжение питания от 1,6 до 6 вольт. Потребляет не много энергии. Мощность выходного сигнала зависит от напряжения питания. В варианте стерео при нагрузке в 32 Ом и напряжении в три вольта вы получите на выходе около 130 милливатт на каждом канале. При подключении по мостовой схеме в варианте моно мощность увеличивается в два раза. Выход микросхемы имеет защиту от

Принципиальная схема дана на рисунке 1. Входной сигнал подаётся на выводы 1 и 3, а наушники в 32 Ом подключены к выводам 7 и 8. По техническим условиям в мостовом режиме нагрузка не должна быть менее 32 Ом. Для сглаживания напряжения к шине питания подключены конденсаторы С1 и С2, 100 и 0,1 мкФ соответственно. Сопротивление резистора R1 - 22 кОм. Ну вот, пожалуй, и всё описание нашей первой модели.

Вторая схема с рисунка 3 часто применяется в малогабаритных устройствах заводского изготовления. Сделать её ненамного труднее. В схеме отображены все необходимые детали. На рисунке 2 - та же схема для подключения динамиков. Как видите, разница небольшая. В схеме для динамиков применяются полярные конденсаторы в каждом выходном канале, а для наушников - стоит общий конденсатор в месте подключения к ним корпуса схемы.