Усилитель для наушников – что это такое, зачем нужен, классификация, классы


Что такое портативный усилитель для наушников?

Из названия не сложно догадаться, что усилитель для наушников занимается усилением сигнала и позволяет получить на выходе наушников необходимую громкость. Соответственно возникает вопрос, зачем нужны к примеру портативные усилители для телефонов, ноутбуков и плееров, если громкости с последних и так достаточно?

Портативные усилители и наушники PHIATON и ULTRASONE

Усилители можно разделить на два основных вида – стационарные и портативные. Стационарные усилители питаются от розетки и в дороге соответственно работать не будут. Портативные усилители имеют автономный блок питания на батарее или батарейках и предназначены для использования в дороге или вдали от каких-либо розеток.

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.

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.

В чем основные особенности портативных усилителей?

Портативные усилители в большинстве случаев компактны. Условно их можно разделить на два типа, одни для наушников-затычек (самые компактные и с выходным напряжением 0.5-2 В) и для полноразмерных наушников (более габаритные с выходным напряжением от 1 В).

Мобильный телефон, портативный усилитель и внутриканальные наушники

Ламповые стационарный и попртативны усилительи типовой плеер SONY

SMD версия усилителя

И ещё одна версия на планарных деталях. Плата печатная вышла 28 х 38 мм. Сборка на SMD-эквивалентах транзисторов из серии BC5xx. Однако ради повышения качества звука оставлены конденсаторы стандартные.

Заметьте, тут регулировка громкости на двух отдельных потенциометрах, раздельный левый и правый канал. Двойные логарифмические потенциометры конечно можно поставить (по традиции), но каждое ухо имеет свой уровень слуха, да и баланс наушников (деталей) не идеален, так что советуем сделать именно так. Регулировка громкости общая производится на mp3 плеере.

Как подобрать портативный усилитель?

Если с позиции характера звучания – это исключительно субъективная сторона вопроса, то с позиции громкости все немного проще. Для начала оцените габариты усилителя, если он маленький, размером существенно меньше сотового телефона, то не стоит ожидать, что он раскачает полноразмерные наушники. Посмотрите его характеристики, если там будет указано выходное напряжение без нагрузки, выходное сопротивление и максимальная выходная мощность к определенному значению сопротивления наушников, то можно сделать расчет его параметров, а далее, зная чувствительность ваших наушников – оценить итоговый уровень громкости. До расчетов, загляните в раздел измерений усилителей, возможно он там уже измерен и тогда достаточно быстро можно сделать расчет через online калькулятор.

Ламповый портативный усилитель, типовой плеер SONY и наушники Phiaton

Нашли опечатку в тексте?

Выделите и нажмите
Ctrl+Enter
. Это не требует регистрации. Спасибо.

Стандартная версия усилителя

После серии испытаний и выбора соответствующих элементов была создана версия для обычных радиодеталей. Размеры платы 28 х 52 мм. Питания 6 В было достаточно, чтобы получить нормальную мощность для наушников на 32 Ом.

Батареи показанные на рисунке позволяли слушать музыку на большой громкости в течение почти месяца по 2 часа в день. Измеренное потребление тока составляет около 30-40 мА. Для включения и выключения питания надо вставить штекер в разъем для наушников (в разъем встроен переключатель). При сборке удалось упаковать весь УНЧ в корпус серии KM.

Ламповый усилитель для наушников своими руками. Часть 1

Приветствую Вас на сайте «Необычные вещи»! Хочу поделиться своим первым опытом изготовления простого лампового усилителя. В данной ознакомительной статье-заметке постараюсь изложить усвоенную информацию по данной теме. Вы узнаете: как сделать шасси и другие элементы корпуса, как подобрать детали, спаять схему, настроить ламповый усилитель. Также будет дана некоторая информация, которая станет отправной точкой для более глубокого изучения конструирования ламповой техники.

Из-за большого объема информации и фотографий статья будет разделена на две части. В первой части Вы узнаете краткую информацию, которая поможет сориентировать Вас на предстоящую работу, во второй части я опишу свой личный опыт изготовления лампового усилителя, а так же поделюсь своими впечатлениями после его прослушивания.

Схема За основу была взята классическая бестрансформаторная SRPP схема с использованием радиолампы 6н6п, автором которой является Олег Иванов. Схема была мной незначительно изменена и переработана. Были подобраны свои номиналы радиоэлементов и изменена часть схемы блока питания.В зависимости от выбора способа выпрямления анодного напряжения, можно применить выпрямитель на кенотроне либо использовать диодный мост.

Выбор в пользу использования в выпрямителе диодного моста либо кенотрона дело каждого. На диодах минимальное падение анодного напряжения, нет такой нагрузки на трансформатор, также не требуется отдельная накальная обмотка. Для большинства схем ламповых УНЧ диоды вполне подойдут 1N4007.

Кенотронное выпрямление напряжения является классическим методом в ламповой технике, многие отдают ему свое предпочтение из-за эстетических соображений и некоторых преимуществ над полупроводниковыми диодами.

Плюсы в кенотронном питании схемы: — Плавная подача анодного напряжения, что позволяет продлить срок службы радиоламп усилителя (косвеннонакальный кенотрон); — Практически полное отсутствие сквозного и обратного тока; — Ограничение бросков тока в момент включения за счет плавного разогрева катода и подачи напряжения на LC-фильтр цепи анодного питания; — Уменьшение величины импульсов тока подзаряда конденсаторов фильтра.

К недостаткам кенотронного питания можно отнести: — Высокое внутреннее сопротивление, из-за которого происходит просадка анодного напряжения; — Ограниченный ресурс работы кенотрона; — Для питания кенотрона требуется дополнительная накальная обмотка и вывод средней точки анодной обмотки силового трансформатора; -При неправильном подборе элементов фильтра, кенотрон может выйти из строя из-за броска тока.

Для устранения пульсаций анодного напряжения используют дроссель с индуктивностью порядка 5Гн (в основательном подходе индуктивность рассчитывается согласно пульсациям БП УНЧ). В данной схеме был использован дроссель Д31-5-0,14.

Макет Для проверки работоспособности схемы обычно изготавливают макет. Во время работы с макетом можно неоднократно добавлять и менять расположение радиодеталей, менять компоновку, дорабатывать схему, так же решать вопросы, которые могут возникнуть при постройке лампового усилителя. Макет прост в изготовлении. Макетирование схемы можно выполнить навесным монтажом «на проводах» либо используя монтажные стойки. Фанерная основа для макета проста в механической обработке, хорошо сверлятся отверстия и податлива напильнику. Главное при распайке схемы сделать хорошую земляную (минусовую) шину. Монтаж на макете отличается от финального монтажа на шасси. При сборке готового лампового усилителя не допустимы длинные провода и расположение незакрепленных элементов схемы на шасси.

Шасси и элементы корпуса лампового усилителя Шасси обязательно должно быть железное, так же из этого материала изготавливают защитные кожухи на трансформаторы. Железо является ферромагнитным материалом, его использование убережет от различного рода наводок и избавит от возможности их появления. Шасси можно самостоятельно выкроить из листового метала, например, из кровельного железа, использовать старый корпус от системного блока компьютера или подобрать подходящую по габаритам металлическую коробочку. Не стоит так же забывать о железных вентиляционных рукавах (коробах).

Защитные кожухи на трансформаторы изготавливаются по аналогии с шасси, либо используют уже готовые решения (различные металлические коробочки, стаканы-баночки из нержавейки). В защитных кожухах следует сделать вентиляционные отверстия для отвода теплого воздуха.

На этапе проектировании шасси следует задуматься о концепции общего вида готового изделия. Лакокрасочное покрытие должно быть нанесено на шасси до того как к нему будет что-то прикручено. Если будут использоваться различные декоративные накладки, то следует продумать заранее и сделать отверстия для их установки.

Радиодетали

Для предотвращения выхода из строя, перегрева и ухода в насыщение силовой трансформатор выбираем с запасом по мощности. Электролитические конденсаторы в фильтре цепи анодного питания также берут с 20% запасом по напряжению. Для уменьшения влияния температуры и внешних атмосферных факторов выбираем советские резисторы с небольшим запасом по мощности. Входные-выходные сигнальные гнезда, корпуса конденсаторов должны быть изолированы от шасси. Шунтирующие конденсаторы выбираются предпочтительно пленочные.

Перед монтажом подберите радиодетали путем измерения мультиметром близко к номиналу, согласно схемы. Так же неплохо проверить силовой трансформатор. Часто трансформаторы для экономии медной проволоки изначально недоматывались на заводах, что приводило к большому току холостого хода первичной обмотки, а это в свою очередь сказывается на гуле трансформатора.

Инструменты для работы Для удобной работы при постройке лампового усилителя подойдут все слесарные инструменты. Диэлектрические рукоятки инструмента должны быть без повреждений изоляции. Многое, если почти не все, приходится дорабатывать напильником и надфилем.

Для того, чтобы просверлить отверстия в металлическом шасси используют ступенчатое сверло конусовидной формы. Так же для изготовления большого отверстия под ламповую панельку можно воспользоваться несколькими способами. Например, циркулем начертить окружность необходимого диаметра и по линии плотно сверлятся отверстия, затем надфилем стачиваются перемычки между отверстиями. Идеальным способом для сверления является использование сверлильного станка, но большинство лампостроителей обходятся обычной дрелью или шуруповертом.

Для пайки схемы используют мощный паяльник для лужения толстых проводов и проволоки, радиодетали паяются паяльником меньшей мощности, чтобы их не перегреть. Для снятия изоляции проводов и лаковой изоляции на проволоке подходит острый канцелярский нож или скальпель (при зачистки старайтесь не стачивать саму медную проволоку). Хороший пинцет здорово облегчит работу при монтаже и может быть использован как теплоотвод.

Штангенциркуль поможет с точным определением размеров деталей, а также поможет определить диаметры и отверстия для них. Для разметки отверстий используйте линейку и циркуль. Имея в своем радиолюбительском арсенале микрометра, Вы без труда сможете определить диаметр проволоки.

Расположение радиодеталей на шасси Силовой трансформатор размещаем сверху шасси – это убережет выходные цепи от наводок, исходящих от трансформатора. Радиолампы, гнезда входа–выхода аудиосигнала делают подальше силового трансформатора. Гнезда, на которые будет подаваться-сниматься аудиосигнал, как и переменный резистор регулятора громкости, располагаем близко друг к другу, предпочтительно на передней панели ближе к выходным лампам. Панельки радиолам лучше разместить на шасси так, чтобы усилитель не имел трехэтажный монтаж радиоэлементов. Умеренное свободное пространство в подвале усилителя позволит быстро внести в схему коррективы и облегчит доступность к радиоэлементам при ремонте.

Распайка схемы Почти во всех ламповых конструкциях применяется навесной монтаж. При таком способе соединения использование проводов сводится к минимуму, все соединения радиодеталей осуществляются собственными выводами. На лепестках ламповых панелек распаивается часть схемы.

Заземление схемы на корпус шасси делают только в одной точке, точку выбирают экспериментально, подальше от силового трансформатора. Минусовая шина выполняется толстой медной проволокой и заземляется в той же общей точке заземления, что выбрали для заземления.

Перед тем как припаять провод, тщательно осматривайте на целостность его изоляции. Провода анодного питания (анодных цепей) и управляющих сеток не рекомендуется затягивать в жгуты, прокладывать параллельно либо близко друг к другу.

Провода по сечению токопроводящей жилы должны соответствовать потребляемой мощности тока накала и анода ламп. Например, если у вас лампа по паспортным данным потребляет ток накала 600мА, то и диаметр провода должны выбирать в соответствии с предельно допустимым значением тока. Для тока 600мА по таблице допустимых значений для проволоки диаметр провода будет иметь диаметр 0,56мм. Для нескольких ламп следует суммировать общий ток и соответственно подобрать подходящий провод необходимого сечения. Таким же способом определяют допустимую величину тока, которую сможет выдержать обмотка силового трансформатора либо дросселя.

Для устранения фона и дополнительных наводок накальные провода скручивают (два накальных провода по длине перекручивают между собой наподобие «косички»). Фон и наводки устраняются благодаря тому, что переменная составляющая токов наводок протекает по проводникам накала в противофазных направлениях и, соответственно, взаимно компенсируется.

Также для устранения фона накальную обмотку заземляют через искусственную среднюю точку с помощью двух резисторов одинакового номинала сопротивления. Резисторы порядка 100Ом-200Ом запаиваются совместно с накальными проводами на ламповую панельку. Одни концы вывода резисторов соединяются между собой, другие свободные выводы запаиваются к одному и ко второму лепестку накала ламповой панельки. Точку, в которой соединяются резисторы, заземляют на минусовую шину. Если трансформатор имеет у накальной обмотки средний вывод и напряжение на ней равное половине общего напряжения, то его заземляют без использования резисторов (та же средняя точка).

Накальные провода можно сделать параллельно от панельки к панельке, а не вести отдельными проводами к каждой. Для удобства распайки схемы накальные провода первыми припаивают к ламповым панелькам, а сами панельки поворачивают той стороной, которая обеспечит самый удобный монтаж радиоэлементов. Анодные провода от последнего электролита блока питания разветвляются «вилкой» к ламповым панелькам.

Несколько слов о наушниках В схеме были использованы высокоомные венгерские наушники FDS-26-600 с сопротивлением катушки каждого динамика 600 Ом. Наушники с более низким сопротивлением не тестировались на данном усилителе, возможно, для достижения наилучшего звучания придется поставить выходной звуковой трансформатор (ТВЗ). Обычно ТВЗ перематывается под сопротивления нагрузки, в нашем случае нагрузкой являются наушники, чье сопротивление идеально подходит для данной схемы.

В сети интернет на одном из форумов посвященном ламповой тематике наткнулся на таблицу с данными эксперимента проводимым над схемой усилителя (пожалуйста, напишите в комментариях, чей был эксперимент и на каком форуме, чтобы можно было указать автора в статье). Как я понял, автор не использовал ТВЗ.

Дополнено: Посетитель сайта Андрей указал на автора эксперимента. Параметры радиоламп снимал Игнатенко Юрий Васильевич ссылка на источник : «Вторая жизнь старого радио»

Настройка лампового усилителя Настройка производится по наименьшему коэффициенту нелинейных искажений (КНИ). КНИ – это искажения вносимые ламповым усилителем в подаваемый на вход усилителя сигнал. Регулируя сопротивление катодных подстроечных резисторов, добиваемся наименьшего значения КНИ. Если лампы в схеме близки по параметрам, то вся настройка сводится к подстройке анодного напряжения на каждый триод лампы 6н6п. Для визуализации того, что мы делаем, следует использовать спектроанализатор. Не имея лабораторного оборудования можно использовать возможности вашего персонального компьютера, установив на него программы, например «комплекс Шмелёва», «Visual Analyser» и др.

Подключив согласно ниже приведенной схемы ваш усилитель к звуковой карте, можно увидеть выходной сигнал. Переменным резистором на 50 кОм выставляем уровень подаваемого сигнала на звуковую карту с усилителя около 1В (измеряем переменное напряжение). Резистор 600 Ом соответствует сопротивлению катушки наушиков. Затем в усилителе катодным резистором изменяем анодное напряжение анода на половинках триода лампы 6н6п, добиваемся наименьшее значение КНИ на графиках спектроанализатора.

Об использовании спектроанализаторов и настройке с помощью них в данной статье рассматриваться не будет, так как это довольно объемный материал и требует отдельной темы с примерами. Подобную информацию можно найти в интернете.

С помощью программы «Visual Analyser», мне удалось настроить усилитель на 0,5% КНИ. Можно было добиться и меньшего процента КНИ, но так как я дальнейшее изменение бы не услышал, то не стал изменять схему своей самоделки.

Индикатор уровня сигнала на индикаторной радиолампе 6Е1П, 6Е3П

При желании можно дополнить усилитель индикатором уровня сигнала на лампе. Классическая схема подключения индикатора в нашем случае не подходит, так как не хватает уровня сигнала с выхода аудиоустройства , чтобы «раскачать» индикатор напрямую. Обычно в ламповых усилителях снимают сигнал с первичной обмотки выходного трансформатора, где уровень напряжения сигнала достаточен и подобной проблемы не возникает. Чтобы решить данную задачу, необходимо применить чувствительную схему (с дополнительным усилителем), у которой порог срабатывания индикации наступает с 0,3-0,5 вольт. Обратимся к журналу «Радио» за 1968 год, где приведена и описана схема индикатора уровня записи на лампе 6Е1П. Данную схему я и использовал в своей ламповой конструкции

P.S.: Надеюсь, данная статья-заметка, Вам даст почву для размышления и поможет подготовиться к построению своего лампового усилителя для наушников. Во второй части статьи «Ламповый усилитель для наушников. Часть 2» Вы ознакомитесь с моим личным опытом построения лампового усилителя. Чтобы не пропустить следующую публикацию — становитесь подписчиком сайта в любой удобной для вас форме. Информацию и способы подписки можно найти в левой боковой колонке сайта.

Всегда помните о мерах предосторожности при работе с высоким напряжением. Перед каким либо действием или измерением подумайте наперед, что Вы будете делать, продумайте порядок действий и четко следуйте этому.

Советую, прежде чем браться за дело, ознакомиться с классическими книгами по ламповым конструкциям. Также хорошим теоретическим и практическим материалом является электронная книга, составленная с форума «Вторая жизнь старого радио» под названием «Записная книжка». «Записная книжка» — это своего рода пособие по построению ламповых усилителей, составленная участниками форума. Составитель книжки по материалам форума Гонобоблев Сергей Николаевич. Автор темы «ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ делаем сами» Игнатенко Юрий Васильевич.

Если есть замечания или совет, либо пояснения по составленной мной статье – не стесняйтесь, высказывайте их в комментариях! Ведь это мой первый опыт, буду рад дополнительной информации по данной теме. Спасибо за внимание! Успехов!

Об Авторе: Максим Лапицкий

Приветствую вас, дорогие читатели! Меня зовут Максим. Я убежден, что почти все можно сделать у себя дома своими руками, уверен, что это под силу каждому! В свободное время люблю мастерить и создавать что-то новое для себя и своих близких. Об этом и многом другом вы узнаете в моих статьях!

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: