Усилитель для наушников класса A

Недавно прослушанный у друга усилитель побудил тоже сделать себе А-класс УНЧ на наушники. Конструкция этого усилителя настолько проста, что даже начинающим радиолюбителям это удастся. В процессе сборки немного поэкспериментировал со значениями некоторых элементов, напряжением питания и токами покоя, чтобы получить собственное впечатление от лучшего звука. Разница в звучании эпичная, особенно когда сравнивать наушники подключенные через эту схему напрямую к выходу звуковой карты или к ужасающе шумному выходу наушников китайского усилителя от настольной аудиосистемы.

Схема УНЧ А-класса к наушникам

Усилитель был сделан всего за один день, кроме транзисторов и гнезд уже было большинство радиоэлементов. Остальное куплено на радиобазаре за копейки.

Сразу предупреждаю: усилитель А-класса, поэтому неплохо греется. Стоит сделать вентиляцию (на фото вентиляционных отверстий нет, что плохо). Вряд ли долго они выдержат конденсаторы, которые нагреваются в закрытом корпусе. Тем более недавно получил для ремонта оборудование, в котором была та же проблема: высушенные электролиты.

Первоначально предполагалось, что усилитель для наушников будет питаться от старого блока питания ноутбука, но во время прослушивания музыки было слышно как инвертор работает — шум в наушниках — непонятно связано ли это с ошибкой монтажа или низким качеством самого блока питания. В итоге применил трансформаторный источник питания, используя маленькие трансформаторы.

Блок питания работает по классической схеме трансформатор — диодный мост — 2000 мкФ конденсатор зашунтированный 100 нФ. Напряжение 23 В после нагрузки падает до 18 В и остается независимым от громкости с которой слушается музыка.

Всего сделал два усилителя — первый, сделанный по приведенной выше схеме, показался практически идеальным, но так было до тех пор пока не вышел из строя недостаточно охлажденный стабилизатор 7815 и не появилось +30 В на его выходе. Через мгновение перегорели резисторы R10 и транзисторы, не охлаждаемые радиаторами. Так что начал создавать второй, улучшенный усилитель, в котором:

1. Использовал более слабые транзисторы QFET FQP1N60, которые желательны при характеристиках линейной работы звука при значительно более низком токе, чем BUZ10.
2. Сделал сетевой фильтр на транзисторе IRFP450 (отдельно для каждого канала), который имеет дополнительную очень приятную функцию: он устраняет все щелчки наушников при включении и выключении устройства.
3. Увеличил напряжение питания до 30 В (после фильтра), что делает усилитель более мощным и практически нечувствительным к нагрузке различных типов наушников (хорошо работает даже при нагрузке на 16-омные).
4. Увеличил ток покоя до 1 А, но высокая мощность потерь (65 Вт) потребовала использования радиатора.
5. Резисторы R10 15 Ом / 0,5 Вт заменены на сборку 5 х 75 Ом / 2 Вт из-за большого количества выделяемого ими тепла.
6. Все работает от тороидального трансформатора 2 х 24 В, двухполюсного выпрямителя на высокоскоростных диодах SFAF50G, фильтрация 10000 мкФ / 50 В.

В итоге ни шумов, ни гудений — чистая тишина. Тем более там нет потенциометра — вход УНЧ напрямую подключен к выходу USB звуковой карты.

Схема фильтра питания

Вот схема фильтра. Диод — любой кремний, вместо полевика IRFP240 можете использовать IRFP450 или аналогичный, также подойдут те, которые использовались в усилителе. Это классический транзисторный фильтр, схема которого является частью усилителя ZEN V9 Nelson Pass.

В принципе достаточно 1 х 4700 мкФ до и 2 х 2200 мкФ после фильтров, в идеале вместо 1 х 2200 мкФ дать 2 х 1000 мкФ с низким ЭПС. Усилители класса А потребляют почти постоянный ток, в музыке нет колебаний мощности, как в случае с другими классами усилителей, следовательно, гораздо меньше потребность в больших конденсаторах в источнике питания. Представленная схема является правильной и спаянная без ошибок должна сразу заработать.

Радиоконструктор «Клон усилителя для наушников Lehmann BCL»

Клон Hi-End усилителя для наушников Lehmann Black Cube Linear

Из-за простоты повторения схема этого усилителя класса Hi-End популярна у радиолюбителей. На любом радиолюбительском форуме есть тема про клонирования этого усилителя.

0. Можно купить оригинал

1. Можно полностью самому сделать печатную плату и собрать усилок — geektimes.ru/post/257526/
2. Можно купить в Китае печатную плату, набить своими деталями и получить результат- geektimes.ru/post/256990/
Некоторые делают самодельные усилители «круче» оригинала — используют более крутые детали.
3. Можно купить готовый усилитель — mysku.ru/blog/ebay/17042.html
4. Я купил радиоконструктор: печатная плата, детали, корпус, трансформатор, разъемы, регулятор громкости ALPS и прочее. Покупал у этого продавца полтора года назад. У него периодически эти радиоконструкторы заканчиваются, он оптом закупает и распродает дальше, но уже открывает новый лот на ebay.

Информация от продавца

Basic parameters
Frequency range 10Hz-35kHz
Adaptation impedance 8-2kΩ
Distortion
Output power 200mW / 300ohm;
400mW / 60 ohms.
Features power consumption
Input impedance 47kΩ;
SNR> 95dB;
LINE OUT-60ohm;
PHONE OUT-5ohm;
Channel separation> 70dB / 10kHz.
Input Interface RCA connector × 1 group
Output Interface: 6.3mm interfaces × 2, RCA Interface × 1 (can be used as preamp)

Internal dimensions: Width 135mm height 48mm depth 240mm

main materials：

Opamp is PHI NE5532.
Power transistor is ST BD139 140.
30W R-core Transformer.
Original ALPS 27 type Potentiometer
US CMC Copper RCA
Ruby main electrolysis, Siemens MKT coupling capacitors, Panasonic decoupling capacitors, resistors made in TaiWan.

Конструктор прислали двумя посылками:

Вложили записку:

Фото печатной платы с двух сторон. Качественная печатная плата:

Трансформатор питания с экранирующей обмоткой:

Схема этого усилителя для наушников в классе А легко ищется в инете:

Все конденсаторы и ОУ — под замену на Wima/Nichichon/Matsushita в фильтр питания/OPA2134 вместо китайского NE5532.

Транзисторы выходного каскада подобрал по коэф. усиления.

Спаял, в корпус поместил. Радиаторы выходных транзисторов, чтобы не болтались, зафиксировал на печатной плате с помощью термоклея. Сигнальные входные и выходные провода — OFC моножила в экранах. RCA разъемы должны быть изолированны от корпуса усилителя.

Для заземления на корпус на плате УНЧ есть спецотверстие:

Собирал конструктор почти полтора года назад. Сейчас установил бы фильтр против электромагнитных помех EMI.

Типа такого «1pcs AC2A3-2 Power Line EMI Filter 250V 50/60Hz 3A Brand new»:

Или возможно в гнездо подключения кабеля «CW2A-10A-T-AC-115V-250V-10A-Panel-Mount-3-Pin-Solder-EMI-Filter»:

Отгородил трансформатор железным экраном… Улучшать конструкцию можно до бесконечности…

Настройка:
Регулятор громкости на минимум. Первое включение лучше делать «через лапочку» (лампа наливания обычная на 100 Вт включается ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО первичной обмотке трансформатора). Замерить постоянное напряжение между выходом усилителя и общим проводом на выходе усилителя на выходных разъемах обеих каналов. Если все ок:
1. лампочка не горит, а только, возможно, на секунду вспыхивает при включении питания,
2. постоянное напряжение меньше 30 мВ.

Можно отключить лампочку, подключать наушники и слушать музыку. Если имеется осциллограф и генератор сигналов, то можно проверить усилитель этими приборами.

На плате установлены переключатели для настройки комфортного уровня усиления.

Защита от постоянного напряжения на выходе
Если «что-то пойдет не так» на наушники может попасть постоянное напряжение. Тогда наушники выйдут из строя. В оригинальной схеме не предусмотрена защита от таких ситуаций. Решил установить такую защиту. На ebay продается такой модуль c «зеленой платой»: «Earphone Protection C1237 (UPC1237) DIY Kit» ebay.com/itm/320743978923

Я покупал за 300 р. Возможно где-то он есть дешевле. Картинка в помощь.
Этот модуль как раз подходит для наших целей:
1. Если его немного «подрезать» со стороны разъема для наушников. Сам разъем для наушников устанавливать не нужно. Дорожки тут расположены удачно — на функциональность защиты не отражаются. После изоляции с обратной стороны платы, модуль отлично помещается над разъемами для наушников основной платы. Я на пластиковых стойках M3 его разместил, просверлив необходимые отверстия. Закрепил пластиковыми гайками и винтами М3.
2. Питание модуля — двухполярное переменное — подключил прямо к выходным клеймам трансформатора для наушников УНЧ.
3. Перед установкой на плату УНЧ — проверить схему. Через несколько секунд после подачи питания, должно щелкнуть реле (наушники подключаются), при подачи постоянного напряжения должно
4. Подсоединил к защите только сигнальные провода — общий провод и так соединен у нас через общий провод питания. Модуль подключил в разрыв дорожек на выходе УНЧ:

Получилось вот так:

Измерения
Нагрузка: резисторы 250 Ом
Vpp=7.2V:





Vpp=1.12V:

Впечатления
Звучит хорошо. Нейтрально. Мне нравиться. Сейчас основной усилитель для наушников. Фона, искажений нет. Звук нейтральный.

Испытывал на наушниках:
Затычки — Sennheiser CX 300-II (16 Ом)
Beyerdynamic DT 990 PRO (250 Ом )
Все ок.

Возможно использовать как предварительный усилитель к усилителю мощности. Так же возможность подключения 2-х пар наушников. Один штекер отсоединяет выход предварительного усилителя, второй не отключает.

Сам конструктор оставил двойственное впечатление — с одной стороны — набор «все в одном». Купил, спаял, все работает, смотрится красиво, слесарные работы сведены к минимуму. Но возможности модификации ограниченны корпусом, трансформатором, схемой. Что для самодельщика не есть хорошо. Высокая цена доставки видимо из-за веса корпуса и трансформатора. На эти элементы бесплатной доставки не бывает.
Прогрев усилителя — минут 20 (транзисторы выходного каскада на рабочую температуру нагреваются). Когда играет музыку — усилок охлаждается. Когда не играет — греется. Особенности класса А.

Высококачественный усилитель для наушников на ОУ и полевых транзисторах

Мощные колонки это конечно хорошо, вот только не всегда есть возможность слушать музыку на такой громкости, часто приходится сидеть дома в наушниках, чтоб не беспокоить домашних. Но и тут можно получить прекрасный качественный звук, если собрать специальный УНЧ. Представляем усилитель для наушников самодельного производства на ОУ и полевых транзисторах. Усилитель выполнен в стерео варианте, то есть два канала и две платы.

Схема УНЧ для наушников на транзисторах и операционном усилителе

Схема минимально изменена относительно нарисованной — добавили конденсатор танталовый прямо у источника питания транзистора, а транзисторы установлены BD135 / 136. Микросхема стояла LF357, но позже выяснилось, что NE5534 играют намного лучше. Транзисторы, несмотря на большой радиатор, очень сильно нагреваются при работе (всё-таки А класс).

Блок питания находится на отдельной печатной плате. Фильтрация составляет 2200 мкФ на плечо, трансформатор: TS15 / 41 с мощностью 15 Вт 0,5 А на канал. После фильтрации имеем источник питания +/- 15 В. При громкой басовой музыке, есть падение напряжения примерно до 13 В. Конечно если будете повторять — лучше взять более мощный. Потенциометр естественно ALPS.

На передней панели установлен выключатель сети, входной разъем и выходной, три светодиода индикаторных: два показывают напряжения сигнала симметричное (во время запуска оказалось, что исчезновение одного из напряжений вызывает немедленное сгорание транзисторов), третий загорается, когда поступает сигнал активации задержки запуска наушников (на реле).

Достоинства и недостатки УНЧ для наушников

Преимущества усилителя:

• Очень большая мощность
• Практически никакого шума
• Однозначно приятная игра

Недостатки усилителя:

• Довольно сильно нагревают транзисторы
• Не слишком много баса — нужна тонкомпенсация

Усилитель получился реально очень громкий, он не создает практически никакого шума, нет искажений, нет сетевого фона. Другой аналогичный вариант схемотехнического решения можете посмотреть в этой статье.

Прецизионный усилитель для наушников | РадиоГазета

Если вы являетесь счастливым обладателем лампового усилителя, то, скорее всего, при желании послушать любимые композиции единолично, через наушники, вы сталкиваетесь с неудобством, вызванным отсутствием выхода на головные телефоны.

Да и обладателям дорогих или не очень смартфонов и планшетов тоже приходится несладко — эти аппараты чаще всего не в состоянии раскачать качественные высокоомные наушники. Поэтому любимые композиции звучат совсем не так, как на профессиональной аппаратуре.

Конечно, если вы истинный меломан и музыка для вас дороже денег, то вас ни что не остановит от покупки предварительного усилителя за 6000 $, усилителя для наушников за 5000$ и самих наушников за 2000$. И погрузиться в нирвану… Однако, если ситуация с деньгами не такая радужная, или вы любите всё делать своими руками, то, оказывается, можно собрать высококачественный усилитель для наушников всего за… 30$.

А зачем он вам???

А нужен ли вам прецизионный усилитель? Это зависит от ваших музыкальных пристрастий и привычек. Если вы привыкли слушать музыку «на бегу», то есть с портативных устройств на прогулке, пробежке, в тренажерном зале и других подобных местах, то описываемый ниже проект не для вас. Просто постарайтесь подобрать к своему аппарату максимально подходящие по характеристикам и звучанию наушники.

Точно также следует поступить, если вы любите музыкальные стили, где присутствуют сильные искажения сигнала, типа рока, хеви-металла и подобные.

Тем не менее, если вы предпочитаете слушать музыку в тихой уютной обстановке у себя дома или в офисе, и ваши вкусы тяготеют к живой и натуральной музыке типа классической, джазовой, или чистому вокалу, вот тогда вы сможете по достоинству оценить качество звучания и точность связки прецизионный усилитель плюс высококачественные наушники.

Варианты

Допустим, вы решили, что усилитель для наушников вам необходим. Каков следующий шаг? В Интернете можно найти массу проектов с использованием вездесущего LM386. Микросхема стала популярной благодаря высокой надёжности, низкой стоимости, возможности работать с однополярным питанием и малому количеством внешних элементов. Такие усилители обычно хорошо справляются с недорогими наушниками, но все эти достоинства меркнут, если сравнить уровень шумов и искажений LM386 и хорошо спроектированного усилителя на дискретных элементах или на специализированных микросхемах.

Если у вас найдётся около 30$ и не пугает работа с элементами для поверхностного монтажа (SMD-элементы), то представленный здесь проект именно то, что нужно.

Идеи и схема

При проектировании данной схемы брались в расчёт следующие моменты:

• Усилитель должен работать с относительного высокоомным выходом лампового предусилителя или усилителя электрогитары. Другими словами, входное сопротивление должно быть легкоперестраиваимое для источников с разным выходным импедансом.
• малое количество компонентов. Поэтому были выбраны микросхемы вместо транзисторов.
• небольшие усиление и мощность. Требуется раскачать чувствительные динамические наушники, а не акустическую систему.
• усилитель должен справляться с высокоомными наушниками. Автор использует Sennheiser HD 600 (сопротивление 300 Ом).
• получить максимально низкие шумы и искажения.

Принципиальная схема прецизионного усилителя для наушников представлена на рисунке:

Увеличение по клику

При разработке этой конструкции рассматривались микросхемы таких производителей как National Semiconductor, Texas Instruments и другие. Масса полезной информации была найдена на ресурсах Headwize и форумах DiyAudio.

В результате, выбор пал на прецизионный драйвер для наушников от Texas Instruments TPA6120A2 и операционные усилители AD8610 от Analog Devices  для входного буфера.

Схема получилась относительно простой, с двухполярным питанием. Если вы уверены в отсутствии постоянной составляющей на выходе вашего источника сигнала, то разделительные конденсаторы (С24 и С30) могут быть исключены из тракта с помощью перемычек Н1 и Н2.

Блок питания обеспечивает на выходе напряжения ±12В при нагрузке до 1А. Его схема представлена на рисунке:

Увеличение по клику

Часто в аудиофильских конструкциях стоимость блока питания в несколько раз превышает стоимость самой усилительной части. Здесь получилось немного лучше — стоимость элементов для блока питания составляет примерно 50$ и самые дорогие элементы здесь трансформатор и электролитические конденсаторы. Можно немного сэкономить, если заменить тороидальные трансформатор на обычный Ш-образный, отказаться от светодиодов и предохранителей на выходе блока.

Была опробована версия с отдельными стабилизаторами для каждого канала TPA6120A2 (микросхема имеет отдельные выводы питания для каждого канала). Разницу ни услышать, ни измерить не удалось, что позволило существенно упростить блок питания.

Так как все, используемые в усилителе микросхемы, имеют низкую чувствительность к шумам и помехам по цепям питания, а также высокий уровень подавления синфазных помех, то применение в блоке питания типовых интегральных стабилизаторов оказалось достаточным для получения высоких характеристик.

Настоятельно рекомендуется избегать в этой конструкции применения импульсных блоков питания, которые генерируют высокие уровни шумов и помех в звуковом диапазоне.

TPA6120A2

Микросхема TPA6120A2 от Texas Instruments представляет собой высококачественный усилитель для наушников высокой верности. В ней используется архитектура усилителя с дифференциальным входом, несимметричным выходом и обратной связью по току. Именно благодаря в большей мере последней получаются низкие искажения и шум, широкая полоса частот, высокое быстродействие.

Микросхема содержит два независимых канала с отдельными выводами питания. Каждый канал имеет характеристики:

• выходная мощность 80 мВт на нагрузке 600 Ом при питании ± 12В при уровне искажений+шум  0,00014%
• динамический диапазон более 120 дБ
• уровень сигнал/шум  120 дБ
• диапазон напряжения питания: ± 5В до ± 15В
• скорость нарастания выходного напряжения 1300В/мкс
• защиту от короткого замыкания и перегрева

Для сравнения уровень искажения+шум у «народной» микросхемы LM386 составляет 0,2%. Хотя, конечно, высокие параметры ещё не гарантируют качественно звучания. Для получения максимального результата надо учесть рекомендации производителя по выбору внешних элементов и топологии печатной платы. Всё это можно найти в технической документации на данную микросхему.

AD8610

Микросхема AD8610 от Analog Devices  представляет собой операционный усилитель с полевыми транзисторами на входе, что даёт низкое напряжение смещения и дрейфа, низкий уровень шумов, малые входные токи. По уровню шума и скорости нарастания выходного напряжения эти операционные усилители отлично гармонируют с TPA6120A2.

Однако, не поленитесь и попробуйте их заменить другими ОУ. По расположению выводов AD8610 совместимы с другими аудиофильскими микросхемами. Тем более, что многие меломаны утверждают, будто слышат разницу в звучании ОУ!

Пассивные компоненты

Не все резисторы одинаковые! И если вам позволяет бюджет, используйте в данной конструкции металлоплёночные резисторы, которые несколько дороже, но имеют ниже шумы и выше стабильность. При желании сэкономить металлоплёночные резисторы следует поставить хотя бы во входных цепях (у AD8610), где чувствительность к шумам самая высокая.

Конденсаторы на пути сигнала С23, С24, С29, С30 лучше поставить плёночные. Конденсаторы по цепям питания микросхем производитель рекомендует керамические.

Основное требование к сигнальным разъёмам — надёжный контакт. В своей конструкции автор использовал обычный «джек» для подключения наушников и позолоченные RCA-разъёмы с тефлоновой изоляцией для подключения сигнального кабеля.

На принципиальной схеме показан вариант усилителя для работы от лампового предварительного усилителя, в котором осуществляется регулировка громкости. Если конструкцию предполагается сделать более гибкой и универсально, то, конечно, на входе желательно предусмотреть свой регулятор громкости. Для достижения максимального качества и чтобы не ухудшить характеристики усилителя здесь следует применить качественный потенциометр.

Бюджетной версией может быть изделия фирмы Alpha или RadioShack стоимостью около $3. За 40$ можно приобрести уже изделие аудиофильского класса от ALPS. Наилучшим решением будет использование галетного аттенюатора от DACT или GoldPoint. Их стоимость составляет примерно 170$. Кстати, на  eBay можно найти подобные аттенюаторы китайского производства всего за 30$. Номинал потенциометра может быть в пределах 25-50кОм. Использование шагового аттенюатора кроме удобства регулировки громкости дополнительно гарантирует идентичность регулировки в обоих стереоканалов, что в усилителе для наушников особенно важно.

Конструкция

Все элементы конструкции (кроме силового трансформатора) размещаются на одной печатной плате. Если вы решите использовать внешний блок питания или собрать его по другой схеме, около 70% печатной платы останутся свободными.

Схема расположения элементов представлена на рисунке:

Увеличение по клику

На рисунке представлен чертёж печатной платы со стороны деталей:

Увеличение по клику

На рисунке представлен чертёж нижней стороны печатной платы:

Увеличение по клику

Чертежи печатных плат в народном формате SLayout можно забрать здесь.

Главная особенность монтажа: на корпусе с нижней стороны TPA6120A2 есть контактная площадка примерно 3×4мм. Она должна быть припаяна к площадке на печатной плате под микросхемой, которая служит теплоотводом.

Фотография готовой конструкции:

При первом включении следует вынуть два предохранителя на выходе источника питания и убедиться в его работоспособности. Если выходные напряжения в норме, верните предохранители на место. Сам усилитель в наладке не нуждается.

Разместить плату можно в корпусе подходящих размеров, желательно металлическом для экранирования от внешних помех.

Заключение

Субъективно усилитель звучит на одном уровне с профессиональным студийным оборудованием. При сравнении с LM386 эта конструкция показала более ровное, чистое и детальное звучание.

Схема получилась довольно гибкой и легко настраиваемой под различные нужды. Так, например, сам автор собрал два экземпляра усилителя. Один по приведённой схеме для эксплуатации совместно с ламповым предусилителем. Второй экземпляр был рассчитан на работу со смартфоном и гитарным усилителем, потому был дополнен на входе фильтром высокочастотных помех и регулятором громкости. Кроме того, для повышения усиления (смартфон выдавал недостаточный уровень сигнала) были изменены номиналы резисторов R6 и R14 на 2кОм.

Изменяя номиналы этих резисторов, вы можете менять коэффициент усиления в широких пределах.

Вариант печатной платы усилителя от наших «друзей-марсиан», рассчитанный на установку элементов в «стандартных» корпусах (используемых в конструкции микросхем в DIP-корпусах не существует):

Анимированная демонстрация платы во всех ракурсах здесь (gif-файл 14Mb).

Автор: Брайан Бергерон
Вольный перевод: Главный редактор «РадиоГазеты».
Удачного творчества!

Похожие статьи:

Как работает усилитель класса «А», или Истинный High End и много тепла / Stereo.ru

Принцип работы

В далеком 1916 году шведский ученый Эрнст Александерсон, работавший в американской компании General Electric, получил патент на схему усилителя, которая известна всему миру как класс А. Принцип действия усилителя класса А предельно прост, а для создания усилителя такого типа достаточно одного транзистора или одной лампы. Для того, чтобы понять, как он работает, рассмотрим более классическое решение: лампу.

Непосредственно в процессе усиления звукового сигнала в радиолампе участвуют три конструктивных элемента: анод, катод и сетка. При подаче питания в схему между катодом и анодом возникает поток электронов, а сетка, располагающаяся между ними, выполняет роль регулирующего клапана.

При наличии на сетке электрического потенциала она препятствует свободному прохождению электронов, и, чем выше электрический потенциал на сетке, тем меньше электронов проходит от катода к аноду вплоть до полного закрытия лампы. Таким образом, включив полезную нагрузку (акустическую систему) между катодом и анодом и подав сигнал на управляющую сетку, мы получаем простейшую схему усилителя мощности.

Специфика усилителя, работающего с аудиосигналом, состоит в том, что звуковая волна имеет симметричную форму с положительной и отрицательной составляющими, равными по амплитуде.

При подаче такого сигнала на вход усилителя произойдет следующее: в момент прохождения положительной полуволны лампа будет открываться и закрываться так, что сигнал на выходе будет повторять форму звуковой волны на входе. Но в тот момент, когда на вход поступит отрицательная часть полуволны, сетка уже будет полностью заперта, и вместо воспроизведения звука на выходе усилителя мы получим тишину.

Несмотря на то, что в статье мы говорим преимущественно о ламповом классе А, транзисторы так же способны работать соответствующим образом, и на картинке выше вы видите стандартную схему

Для того, чтобы дать лампе возможность воспроизводить обе половины сигнала, Эрнст Александерсон организовал смещение нулевой точки входящего сигнала относительно нулевой точки (полностью закрытого состояния) лампы примерно на середину ее рабочего диапазона. Таким образом, среднее положение звуковой волны соответствовало полуоткрытому состоянию лампы.

В момент прохождения положительной полуволны входящего сигнала лампа открывалась еще сильнее, а при воспроизведении отрицательной полуволны закрывалась, но частично, не доходя до минимальной отметки.

Плюсы

На первый взгляд, схема довольно симпатична и имеет целый ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, она проста, лаконична и является отличным примером предельно короткого звукового тракта. Во-вторых, лампа или транзистор, работающие в классе А, постоянно находятся в рабочем состоянии и мгновенно реагируют на изменения входящего сигнала — у них нет временных задержек, возникающих в момент выхода из полностью закрытого состояния.

В-третьих, середина рабочего диапазона электронного компонента — это та зона, в которой он работает максимально эффективно и без искажений. Значит, если не увеличивать амплитуду до предельных значений (не выкручивать особенно сильно ручку громкости и не подключать к усилителю тяжелую нагрузку), усилитель будет работать исключительно в комфортном режиме, и сигнал на выходе будет иметь практически идеальный вид.

К сожалению, все эти плюсы без побочных эффектов можно реализовать только в слаботочных цепях предварительного усилителя. А когда речь заходит о работе на мощностях, необходимых для взаимодействия с акустическими системами, класс А проявляет свои не менее очевидные минусы.

Минусы

Главные минусы класса А так же, как и плюсы, вытекают из выбранного создателем принципа работы. Нулевой уровень входного сигнала приходится на середину рабочего диапазона электронного компонента, а это значит, что, когда на входе тишина — транзистор или лампа уже открыты наполовину и работают вполовину своей мощности, расходуя вхолостую много энергии. Реальный же КПД усилителей класса А оказывается существенно ниже теоретических 50%. Из 100% энергии, потребляемой усилителем, акустика получает не более 20–25%, а вся остальная энергия преобразуется в тепло.

Повышение рабочей температуры может негативно сказываться на режиме работы усиливающего элемента, поэтому транзисторные усилители класса А, выдающие хоть сколько-нибудь существенную мощность, обладают огромными радиаторами.

Если же вы хотите получить на выходе не десятки, а сотни ватт мощности, сохранив при этом режим работы усилителя в классе А, готовьте комнату побольше и вентиляцию для отвода тепла помощнее, ведь вследствие низкого КПД сам усилитель будет огромным, а его блок питания и вовсе колоссальным.

За всем этим следует целый ряд сопутствующих проблем. Прежде чем счастливый обладатель усилителя класса А получит свой первый огромный счет за электричество, ему придется потратить немало денег на сам усилитель, ведь большие блоки питания, тяжелые выходные трансформаторы ламповых и массивные радиаторы транзисторных усилителей сами по себе стоят денег.

В ходе эксплуатации вслед за увеличившимися расходами на электроэнергию аудиофил рано или поздно столкнется с еще одной проблемой усилителей класса А — повышенным износом активных элементов схемы. Особенно эта проблема касается ламп. Работая в классе А, они постоянно находятся под большой нагрузкой, что сокращает их и без того малый ресурс работы.

Особенности

Понимая как работает усилитель в классе А, мы можем рассмотреть его и с аудиофильской точки зрения. Ситуация с искажениями на малых уровнях громкости вполне понятна: пока амплитуда сигнала не высока, усилитель работает в идеальных условиях и обеспечивает на выходе если не абсолютно совершенный сигнал, то что-то к нему максимально приближенное. Но возникает вопрос: что же происходит когда мы делаем музыку погромче?

До определенного момента — ничего страшного, но, как только пики сигнала приближаются к пороговым значениям (максимально открытому и закрытому состоянию лампы или транзистора), искажения будут расти существенно, как и у любого другого усилителя, после чего произойдет компрессия с выходом искажений за все мыслимые границы нормы.

Кто-то заметит, что любой усилитель можно перегрузить и загнать в искажения. Это справедливо. Но тонкость момента состоит в том, что усилители класса А по определению маломощны, а значит довести их до предельной нагрузки не составляет труда. Именно это происходит в те моменты, когда усилитель, только что воспроизводивший тихую камерную музыку с невероятным уровнем детализации, вдруг сваливает в неразборчивую кашу более громкое звучание симфонического оркестра.

Следующая специфическая особенность схемотехники касается блока питания. Это, кстати, один из важнейших компонентов любого усилителя, ведь энергия поступающая в акустику — это энергия блока питания, модулированная входящим сигналом. Выражаясь в более понятной автомобильной терминологии, блок питания — двигатель, а схема усилителя — руль.

Так вот, низкий КПД усилителя класса А и высокий ток покоя загоняет блок питания в довольно сложные условия: он должен иметь солидный запас мощности, чтобы, выдавая постоянно высокий ток, быть готовым мгновенно отдать в разы больше. После резкого всплеска сигнала конденсаторам блока питания необходимо зарядиться, т. е. взять дополнительную энергию от трансформатора, который и без того постоянно озадачен тем, чтобы поддерживать высокий ток покоя усилителя.

Далеко не все блоки питания способны справиться с такой задачей без побочных эффектов, поэтому, если звучание мощного усилителя, работающего в классе А, кажется вам медлительным, быстрая музыка смазывается, а бас получается неизменно гулким и размазанным во времени, — не удивляйтесь и не спешите обвинять в этом акустику или ее неудачное расположение в помещении.

Практика

Несмотря на все недостатки и технические особенности, усилители класса А по-прежнему производятся разными производителями и образуют весьма заметную нишу на рынке Hi-Fi техники, а если быть точным — в сегменте High End, где габаритами, энергопотреблением, сложностью эксплуатации и даже ценой можно пренебречь в угоду его величеству звуку.

Кроме того, с 1916 года и по настоящий момент времени на свет родилось немало талантливых инженеров, которые нашли способы существенно компенсировать вышеупомянутые проблемы.

Отличным примером вышесказанному является ламповый усилитель Octave V 16 Single Ended. Слова Single Ended в названии переводятся как «однотактный», что является техническим описанием режима работы ламп и, фактически, выступает синонимом понятия «класс А».

Для того, чтобы взбодрить классическую схемотехнику и приблизить эксплуатационные характеристики усилителя к современным реалиям, разработчики Octave воплотили в жизнь сразу несколько оригинальных решений, корректирующих режим работы. Адаптивная трехступенчатая настройка режима работы усилителя управляет величиной тока смещения сообразно максимальной амплитуде входящего сигнала, чтобы не держать схему усилителя в режиме высокого энергопотребления без необходимости.

А когда сигнал на входе отсутствует более двух минут, включается режим Ecomode, который понижает энергопотребление до 35%. Таким образом, усилитель, оставленный без присмотра, не будет без толку греть помещение.

За качество звучания разработчики боролись не меньше, чем за энергоэффективность, поэтому использовали высокотехнологичные трансформаторы с компенсацией магнитного поля, усовершенствованные каскады предварительного усиления, расширяющие диапазон воспроизводимых частот, а также самые совершенные схемы стабилизации, избавляющие от шумов и гула, которые усилители класса А с удовольствием демонстрируют даже при небольшом отклонении от рабочих параметров.

В результате, усилитель можно использовать с совершенно различной нагрузкой: от низкоимпедансной акустики до высокоимпедансных наушников, — не боясь вывести их из строя или просто выйти за пределы рабочего режима. Следящие электронные схемы перенастраивают выходные каскады автоматически.

Читая это, самое время вдохновиться и решить, что абсолютно все проблемы уже решены современными инженерами. Но не спешите, ведь нужно заглянуть в паспортные данные. А там картина вырисовывается крайне специфическая. При низких показателях шумов и искажения, имея без малого два десятка килограмм живого веса и потребляя от сети до 200 Вт, Octave V16 Single Ended выдает на акустике импедансом 4 Ом не более 8 Вт на канал при использовании самых мощных ламп. Для наушников этого вполне хватит, но где искать подходящие колонки?

Звук

Поскольку данный текст является частью большого цикла публикаций, посвященного различным типам усилителей, в процессе его подготовки было проведено одно большое сравнительное прослушивание, в котором участвовали усилители различных классов. Для придания прослушиванию достаточной степени объективности было выбрано две модели напольных колонок.

Одна из них была заведомо тяжелой нагрузкой с низкой чувствительностью — крупным тугим басовиком, и требовала высокой подводимой мощности. Вторая же была призвана стать обратной стороной медали: предельно легкой нагрузкой, способной сработаться с любым, даже маломощным усилителем. И во всех случаях эта схема тестирования была вполне рабочей до того момента пока на сцене не появился Octave V16 Single Ended с его 8 Вт на канал.

На тяжелой нагрузке искажения были столь реальны, что их, казалось, можно было потрогать, а нагрузка, ранее известная как легкая, успешно справилась с ролью тяжелой. За неимением под рукой еще одной пары колонок мощностью в несколько ватт и с чувствительностью выше 100 дБ роль легкой нагрузки выполнили наушники.

С колонками, которым по паспорту требуется не менее 25 Вт, Octave V16 Single Ended сработался на удивление неплохо. Если не злоупотреблять громкостью, можно в полной мере оценить живой, открытый и чистый звук, который на спокойных аудиофильских записях просто превосходен.

Ситуация осложняется, когда дело доходит до более динамичной музыки, а на рок-композициях усилитель с удовольствием сваливает звучание гитар в кашу, давая в качестве бонуса вполне различимую на слух компрессию. Спасает лишь тот факт, что компрессия и искажения в исполнении ламп в отличие от транзисторов придает звучанию довольно приятную окрашенность.

Если же попытаться уменьшить нагрузку на усилитель, понизить громкость, а затем подсесть поближе, чтобы не потерять в звуковом давлении — картина исправляется. И грязи нет, и деталей больше, и компрессия не ощущается. Здесь я замечу, что по габаритам этот усилитель совсем небольшой, его можно поставить не только в стойку, но даже на стол, для использования с наушниками и полочными мониторами ближнего поля.

В полной мере прочувствовать принадлежность усилителя к категории High End удалось в наушниках. Совершенно сумасшедшая детальность, открытое, объемное и тембрально богатое звучание, управляемый и четкий бас — все то, о чем можно мечтать. И, что характерно, даже на быстрой тяжелой музыке усилитель начал вести себя достойно. Никакой вальяжности, никакой каши, никакой гулкости в НЧ-диапазоне. Вот что значит — обеспечить усилителю класса А оптимальный режим работы.

Выводы

Усилитель класса А имеет немало плюсов. Проще говоря — его есть, за что любить. Но в современном мире он занимает особое место. Это тот краеугольный камень, вокруг которого придется выстраивать всю остальную систему и под который, в некотором смысле, даже придется подстраивать свой образ жизни.

В первую очередь, речь идет, конечно, о правильном подборе акустики. Тут самое время вспомнить о рупорной акустике с её высокой чувствительностью, да и о винтаже задуматься не грех. Все же в прошлом у разработчиков было больше понимания, как обеспечить много звука, имея на руках маломощные усилители. Ну и при всем вышесказанном надо понимать, что система неизбежно получится жанровой. Бороться с этим фактом бессмысленно, убеждать себя в обратном глупо. Остается просто получать от этого удовольствие.

Если же мы говорим о применении схемотехники класса А в схемах предусилителя или в усилителях для наушников — ситуация в корне меняется. Там, где от усилителя не требуется выделения высокой мощности, класс А показывает исключительно свои положительные стороны, не пытается заставить пользователя жить по своим правилам и не демонстрирует каких-либо жанровых пристрастий.

Продолжение следует…

Статья подготовлена при поддержке компании «Аудиомания», тестирование усилителей проходило в залах прослушивания салона.

Другие полезные материалы в разделе «Мир Hi-Fi» на сайте «Аудиомании» и Youtube-канале компании:

• Про мощность колонок и усилителей [видео]

• Праздник, который всегда с тобой: как выбрать портативный аудиопроигрыватель

• От критиков к алгоритмам: лейблы, корпорации и музыкальная культура XX века

Делаем высококачественный усилитель 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

Дальше сверлятся все отверстия, с использованием движка с цанговым патроном

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.

Источник: Хабрахабр

класс А, IRF610 с источником тока на LM317 » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

От neyalm:
Продолжение темы о простых однотактных усилителях на одном полевике. И это тоже повторитель. Кус по напряжению примерно 0,8. КПД около 25%, однако, печка совсем небольшая.
Эту конструкцию собирал сам, навесным монтажом. Запела сразу. Планирую встроить этот усилитель в свою CD-деку, а то в ней родной хэдамп слабоват.

Содержание / Contents

Если у тебя наушники Grado SR80, встроенная звуковая карточка уже не может их достойно раскачать, поэтому я решил сделать настольный ушной усилитель для офиса. Как и в других проектах, я старался создать максимально простую, не содержащую дефицитных деталей и хорошо повторяемую конструкцию.
Получилась схема простого самодельного хедампа в стиле «Усилитель для наушников на MOSFETе класса А» от Greg Szekeres и чем-то похожая на «Однотактный усилитель Хьюстона класса А на 2SK1058 MOSFET-е». Основная изюминка усилителя заключается в применении активного источника постоянного тока вместо пассивного резистора. Это удваивает производительность схемы, КПД приближается к теоретическому максимуму 25%.

Рисунок 1: Упрощенная схема усилителя.

Необходимо учитывать две особенности. Во-первых, повторитель на полевике позволяет получать приличные токи, но Кус по напряжению меньше 1. Усилитель применяется в случаях, когда источник сигнала имеет достаточное напряжение на выходе (например, mp3 плеер или компьютер). Во-вторых, схема чувствительна к питанию, любой шум БП беспрепятственно попадет к вам в уши. Вполне подойдет маломощный блок питания: 10-20В , 750мА постоянки должно хватить.
Схема приведена на рисунке 2. Я использовал IRF610, но его можно заменить и другим полевиком, выбор очень велик. Источник тока 250мА построен на LM317.

Рисунок 2. Схема усилителя.

Этот усилитель будет использоваться в офисе, а значит, и дизайн корпуса должен быть соответствующий. К счастью, у меня нашелся трупик внешнего CD-ROMa Plextor, поразмыслив, я понял, что из него получится прекрасный корпус, гармонирующий с моим рабочим местом. Корпус уже оснащен выключателем питания, внутри легко поместится БП, снаружи – входные гнезда RCA и выходное — под мини джек. Чудненько! Лишнее отверстие на задней стенке предназначалось для USB гнезда, его я уже выковырял для другого проекта.

Фотография 1: Корпус внешнего CD-ROMa Plextor.

Я использовал макетные платы площадью примерно 10см кв., но запоет и с любой другой платой. Детали использовались те, что были под рукой, ни одной не пришлось покупать. Резисторы — обычные, металло – пленочные(правда, подобранные), входной конденсатор пленочный, 1 мкФ, выход шунтирует полипропиленовый 0,47мкФ. Конденсатор в питании, 0,1мкФ, также пленочный. Можете применять более крутые разделительные конденсаторы, думаю, это положительно скажется на звуке. Не рекомендую использовать угольные резисторы, особенно в источнике тока, их сопротивление сильно плывет при нагревании.

Фотография 2: Усилитель в сборе.

Радиаторы можно оторвать от разных умерших устройств. Радиаторы площадью 10 см кв. умеренно нагреваются, прикручивание их к металлическому корпусу позволит еще эффективнее отводить тепло. Обязательно ставьте полевик и стабилизатор на изолирующие прокладки.

Фотография 3: Усилитель в корпусе.

Первые испытания усилителя производились с регулируемым БП, при низких напряжениях. Ток выставляется 100 килоомным переменником, на выходе полевика(исток) нужно получить половину питающего напряжения(сток). Нужно подправлять ток несколько раз за первые несколько часов работы, пока все не устаканится. Усь работает при питании 10-20В, но, похоже, для уверенной работы требует от 13В. С регулируемым БП шумов в слышимом диапазоне не наблюдалось. Этого нельзя утверждать для случая нестабилизированного питания.

Фотография 4: Испытания в разгаре.

Вскоре у меня появился новый USB осциллограф, отличная возможность и его испытать. Модель DSO-2150, двуканальный, полоса 60МГц, максимальная частота выборки 150 млн. раз/с . Когда я прогонял синусоиду, результаты, как и ожидалось, были хороши на всем звуковом диапазоне. Привожу два скриншота испытаний прямоугольником: 100Гц и 4800 Гц.

Фотография 5: 100Гц, прямоугольник.

Фотография 6: 4800Гц, прямоугольник.

Верхняя половина (зеленый) показывает входной сигнал, а нижняя (желтый) – выходной. Мой генератор не безупречен, это видно на картинке входного сигнала. Посмотрите на амплитуду сигнала на входе и на выходе – становится понятным, что Кус=0,8. Как вы можете заметить, на первой фотографии (100Гц) наблюдаем спад. Этот спад уменьшается с повышением частоты ,и с 300Гц до 20кГц картина идеальная. Поскольку музыка складывается в основном из гармонических колебаний, а синусоиду усилитель практически не искажает, нет повода для беспокойств.
Последние штрихи: приклеиваю переднюю панель к алюминиевой пластине эпоксидкой, ставлю обратно в корпус. Громкость будет регулироваться источником, поэтому внешнего регулятора нет. Родной регулятор громкости CD-ROMa был удален, отверстие заклеено.

Фотография 7: Лицевая панель CD-ROMa.

Фотография 8: Полностью собранный усилитель.

Для такого простого асинхронного усилителя, звук великолепный, на мой слух. Усилок раскачивает мои Grado SR80 с такой легкостью, на которую mp3 плеер просто не способен. Звук у этого усилителя нравится мне даже больше, чем у встроенного в предусилитель NAD C162 хедампа.

Камрад, смотри полезняхи!

Имя героя неизвестно (neyalm)

Местоположение в тайне.

О себе автор ничего не сообщил.