Однотактный усилитель для наушников на основе буфера ФАНТОМ

[jett]

Предлагаю варианты однотактного, без ОООС, усилителя для наушников сопротивлением 32...100 Ом. По сути, схема является одним из вариантов умощнённого буфера Фантом, описаного здесь: https://forum.vegalab.ru/showthread....(и)-не-заметно , который в слуховых тестах показал себя достаточно нейтральным и малозаметным в звуковом тракте.
Схема является повторителем, т.е. без усиления напряжения, работа её основана на том известном факте, что от стандартного линейного выхода с напряжением 2В уже можно получить до 125 мВт/32 Ом мощности. Это достаточно много, чтобы обойтись без усиления напряжения, а значит получить в итоге более нейтральный и неискажённый звук. Этому же способствует и отсутствие в схеме разделительных конденсаторов. Близкое к нулю постоянное напряжение поддерживается интегратором (вариант А), который в свою очередь управляет источником тока, задающим нужное смещение полевого транзистора. В варианте Б удалось обойтись без интегратора, тепловой дрейф при этом получился всего несколько единиц мВ. Вариант В является частным случаем предыдущего варианта, на этот раз с минимально коротким трактом - всего на ОДНОМ транзисторе в звуковом тракте. Он может быть интересен прежде всего владельцам источника сигнала с регулируемым низкоомным выходом. Вариант Г - логичное продолжение предыдущего варианта, но уже с дополнительным усилителем напряжения на ОУ+ однотактный повторитель по известной схеме нестандартного включения ОУ AD744. Такой усилитель напряжения малозаметен в тракте, но при этом даёт возможность использовать наушники уже и до 600 Ом. Выходной каскад по-прежнему однотактный, без ОООС с увеличенным током покоя.
Счастливым же обладателям источников сигнала с балансными выходами предлагаю посетить эту ветку: https://forum.vegalab.ru/showthread....-для-наушников

Предлагаемый блок питания применим к схемам А, Б, В. Ключевым моментом здесь является наличие стабилитронов, уже формирующих низкий импенданс без индуктивной составляющей, присущей конденсаторам, что положительно сказывается на прозрачности звука. Конечно, потребление энергии при этом возрастает, но в среднем оно не так уж велико: около 20...23 Вт на весь усилитель. Первый вариант БП - без интегральных стабилизаторов, второй - с дополнением на LM317/337, которые надо установить на радиатор.
Выходное сопротивление - 1,7 Ом (А) и 0,5 Ом (Б), входное - зависит от сопротивления регулятора громкости, а полоса частот - от входного ФНЧ.
Звучание усилителя имеет характерные для безОСного класса А черты: эмоциональность, естественность, микродинамика и т.п., то есть то, чего обычно не хватает глубокоОСным усилителям на ОУ.
Более подробно см. п.№2.

[jett]

Настройка усилителя не сложная: в варианте А нужно подобрать R6 так, чтобы на выходе ОУ после прогрева установилось близкое к нулю напряжение (желательно < +/-1 В). После этого, интегратор уже автоматически сможет поддерживать ноль на выходе, компенсируя примерно +/-100 мВ его "ухода" от температуры или из-за наличия постоянки во входном сигнале. Полевые транзисторы нужно предварительно отобрать по близкому начальному току стока (желательно не менее 7 мА).

В варианте Б перед первым включением подстроечный резистор Р1 устанавливаем в среднее положение и временно отсоединяем R2, на выход также временно подключаем резистор порядка 1 кОм. Далее, после прогрева подбором R8 выставляем близкую к нулю разницу постоянного напряжения между выходом и базой Т4. После чего подстроечником Р1 устанавливаем "ноль" на выходе. Подсоединяем R2, при необходимости уточняем "ноль" резистором Р1.

Работа схемы В основана на поддержании необходимого потенциала базы Т2 путём регулирования тока через диод D1 (закреплённый на радиаторе Т2) с помощью интергатора. При этом интегратор отслеживает "ноль" на входе схемы, балансируя ИТ на Т1 и Т4, а на выходе получается небольшой дрейф "нуля" в пределах единиц мВ. Для выполнения последнего условия необходимо одновременно подобрать резисторы R4 и R6 (после прогрева) так, чтобы на выходе ОУ было близкое к нулю напряжение (желательно < +/-1 В).

В схеме Г необходимо лишь подобрать R7 так, чтобы на выходе усилителя установилось близкое к нулю напряжение (после прогрева). Добавлю, что для наушников сопротивлением более 400 Ом с целью увеличения выходной мощности имеет смысл поднять напряжение питания до +/-16 В, при этом ток покоя вых. каскада можно и уменьшить, например до 150 мА (R11=15...16 Ом). Для наушников до 150 Ом можно наоборот снизить питание до +/-10 В, а также немного (на 10...15%) увеличить ток покоя выходного каскада (R11=10...11 Ом). При желании в схеме Г можно охватить обратной связью также и выходной каскад, получив глубокоОСный усилитель. Для этого резистор R6 нужно переподключить к выходу, диод D1 убрать, а ёмкость конденсатора С2 возможно подкорректировать.

При выборе другого напряжения питания в варианте А нужно изменить номинал R5 примерно в соответствии с формулой: R5= (Uпит.-2,35)/0,6 , кОм. В варианте В это R3=(Uпит.-2,35)/0,85 , кОм. Больше ничего в схеме усилителей менять при этом не надо, разве что немного увеличить сопротивления резисторов, задающих токи стабилитронов. Номинал R9 (R13) желательно уточнить, чтобы ток коллектора Т2 был около 150 мА. В блоке питания по варианту-2 подстроечными резисторами необходимо выставить +13,6/-12,8 В в указанных точках.
Что касается блока питания, то из двух предложенных мной вариантов вы можете сами выбрать более "звучащий", т.к. трансформатор/выпрямитель при этом менять не придётся. Желающим поэкспериментировать могу также предложить попробовать убрать из схемы усилителя электролиты С4, С5 и С8 (С11, С12 и С14). "Количество баса" при этом чуть уменьшится, но прозрачность звука немного увеличится. Можно, конечно, применить и более экономный и простой блок питания, например, с последовательными стабилизаторами или без стабилизации, на RC-фильтрах, но качество звука при этом будет несколько хуже.
Входной ФНЧ в вариантах А и Б не является обязательным элементом схемы, это скорее вопрос веры . Поэтому R1 и C1 (схемы А и Б) можно и убрать. Звучание при этом немного более открытое и дышащее (кроме того, входное сопротивление слегка возрастает), но некоторое небольшое присутствие "грязи" возможно. Вобщем, вопрос решается "по месту".
Транзисторы Т2 и Т3 нужно установить на небольшие радиаторы (рассеиваемая мощность около 1,2 Вт в схемах А, Б, В и около 2,5 Вт - в Г). При этом желательно, чтобы Т2 имел коэффициент усиления чем побольше, чтобы минимально нагружать первый каскад (>150). Для получения максимального качества звука следующие детали должны быть из разряда аудиофильских : вариант А - C1,3,4,5 и R1,2 , С6 -низкоимпендансный; вариант Б - C1,10,11,12,13,14 и R1,2,8 , С8,9 - низкоимпендансные. Ну и конечно, регулятор громкости. Остальные детали могут быть не самые худшие общего применения. Аналогично и в схемах В, Г.
Меандр любой звуковой частоты имеет практически идеальную форму. Симуляция в Микрокапе показывает нелинейные искажения схем Б и В на уровне примерно: 0,090%/32 ом/125мВт; 0,055%/32 ом/63мВт; 0,035%/48 ом/83мВт; 0,025%/48 ом/42мВт; 0,015%/75 ом/53мВт. Для схемы А (с полевиком BF861C): 0,055%/32 ом/125мВт; 0,035%/32 ом/63мВт; 0,0008%/48 ом/83мВт; 0,0005%/48 ом/42мВт; 0,020%/75 ом/53мВт; 0,015%/75 ом/27мВт. В спектре присутствуют практически только 2-я и значительно меньше 3-я гармоники.
Что касается отличий в звучании: вариант А - несколько мягче, "музыкальнее", а вариант Б - более прохладно, нейтрально, очень точно и аналитично, но при этом никакой жёсткости. Вариант В аналогично Б, но ещё более детально и открыто (если это покажется излишним, то вопрос решается увеличением сопротивления R1).
Так как все эти схемы имеют открытый выход (без конденсатора), то для полностью безопасной эксплуатации наушников необходимо использовать систему защиты от постоянного напряжения на выходе. Достаточно самой обычной схемы, например, на реле и микросхеме UPС1237.

[fakel]

подробности - позже

Резик R1 - лишний, грузит полевик нелинейно, эквивалентен плохой бете у биполяра. Есть же ИТ Т4!

[jett]

Может и грузит, только совсем незначительно по-сравнению с биполяром, следующим за ним. Какой ток протекает через этот резистор при максимальной амплитуде сигнала (2,8 В) ? И какой ток уходит в базу при этом? Хотя могу согласиться, что и без этого резистора обойтись можно.

[Jenyok]

Питание +-15 Вольт можно сделать для усилителя ?

[jett]

Конечно, можно. Только зачем? Это приведёт к ненужному дополнительному рассеиванию мощности на выходных транзисторах (и стабилитронах, если их применить).

[jett]

Резик R1 - лишний, грузит полевик нелинейно, эквивалентен плохой бете у биполяра. Есть же ИТ Т4!

Прослушал ещё раз усилитель с R1 и без него (увеличив ток ИТ): на слух заметной разницы нет, но т.к. я тоже не люблю лишних элементов, то убрал его из схемы. Соответственно, схему подкорректировал и упорядочил НУМЕРАЦИЮ элементов.

[caligula73]

без lf411 никак не обойтись ?

[jett]

В данном случаи, думаю, никак. А чем она мешает? В звуке она не участвует. Не нравится lf411 - есть другие ОУ. Но стоит обратить внимание, что у этого ОУ PSRR по плюсовой шине питания 80 дб/20 кГц, что не часто встречается. А в данной схеме это имеет значение, думаю, понятно почему.
Чтобы снять все вопросы о влиянии интегратора на звук могу посоветовать разделить R5 пополам (5к1+5к1) и от средней точки на землю посадить неполярный кондёр (можно электролит) 10,0+0,1 мкф. Я пробовал и до 47,0 мкф, но никакой заметной разницы не услышал, поэтому оставил как есть.

[Jenyok]

jett,
.
А питание готовое, стандартное +-15 вольт, ничего менять не хочется.
Вот.

[jett]

Да можно и 15, я уже писал, но КАЧЕСТВО питания в подобных устройствах - половина успеха.

[caligula73]

разводку для такой макетки на два канала сразу
можно будет увидеть ?
а то плату травить как-то влом. да и нечем...

[Denisius]

caligula73, резачком из ножовочного полотна, да со стальной линеечкой, за 15 мин. режется по обычному фольгированному.

[caligula73]

Denisius, на макетке же будет красивее ! ...
и дырки сверлить не надо.

[Denisius]

caligula73, не надо дырок. Ножки буквой "Г" и монтаж-демонтаж проще...

[jett]

caligula73, печатной платой пока заниматься не планирую, думаю, для такой, не самой сложной конструкции , каждый сам в состоянии её развести.
На всякий случай замечу, что стабилитроны из БП должны стоять вблизи выходного каскада (ну, по-крайней мере недалеко), т.к. они тоже выполняют роль формирователей импенданса источника питания, как и шунтирующие кондёры, и через них также будет протекать часть звукового тока. При этом нужно учесть, что они будут греться, особенно в варианте БП №1.

[steel_monkey]

Интересно было бы ставнить с Семигором.

[jett]

Конечно. И не только с ним.

[jett]

без lf411 никак не обойтись ?

По многочисленным просьбам добавил вариант Б - БЕЗ ИНТЕГРАТОРА, полностью биполярный. Подробности в п.№2. По звучанию могу сказать коротко - усилитель удался.

[caligula73]

По звучанию могу сказать коротко - усилитель удался.

разница с первым вариантом на слух есть ?