Краткое описание и предназначение устройства
Повторитель для наушников стационарный SAQ-SHF — это малогабаритное стационарное устройство, питающееся от бытовой сети 220В/50Гц, предназначенное для подключения к нему наушников, и подключаемое к линейным выходам бытовых аудиоустройств.
Как появилась схема повторителя SAQ-SHF
Когда я понял, что наушникам необходим усилитель, я первым делом пытался найти в интернете подходящую схему усилителя для наушников. Но то-ли искал плохо, то-ли не там, но не нашёл удовлетворяющую меня. В одной схеме использовались мощные биполярные транзисторы с током покоя порядка 1А и соответствующим питанием, при этом искажения декларировались автором на уровне -60дБ. В другой использовались редкие полевые транзисторы в корпусе для поверхностного монтажа, но зато имелся ОУ, существенно снижающий искажения, и токи покоя были существенно более умеренные. Третья схема была для портативного усилителя на батарейке, она потребляет небольшой ток, работает при разных напряжениях питания, но использует однополярное питание и имеет проходные конденсаторы. Встречались и схемы с лампами, но меня они совсем не интересовали.
По ходу поиска у меня сформировались критерии к cхеме, которая бы меня удовлетворила:
В общем, как я уже говорил, никакой подходящей для себя схемы я не нашёл. Тогда я перешёл к поиску маломощных интегральных усилительных микросхем (менее мощных, чем для колонок). Кое-какие микросхемы в принципе существуют, но, опять же, они редкие, и достать их было невозможно.
Ничего не оставалось кроме как изобретать свой «велосипед». К счастью, я наткнулся на интересную схему в даташите на операционный усилитель LM833 в разделе «Typical Applications», обозначенную как «Line Driver» [1, стр. 11]:
Line Driver из даташита на LM833 (National Semiconductor, January 2003, с. 11)
Это стало отправной точкой к финальной схеме. Я сразу вспомнил, что похожие транзисторные каскады рассматривались в известной монографии «Искусство схемотехники» [2, стр. 103].
Рисунок схемы двухтактного выходного каскада из монографии «Искусство схемотехники»
Там же хорошо описано функционирование этого каскада.
В итоге финальная схема получилась из драйвера линии добавлением конденсатора между базами выходных транзисторов и изменением схемы включения ОУ на неинвертирующую с единичным коэффициентом усиления, а также подбором номиналов и компонентов. По всем параметрам в данную схему подходят популярные транзисторы BC547 и BC557 (и их аналоги КТ3102 и КТ3107). ОУ тоже выбран популярный недорогой и достаточно качественный NE5532.
Принципиальная схема повторителя SAQ-SHF (один канал)
Симуляция в протеусе показывала, что чем выше ток покоя выходного каскада, тем ниже уровень искажений самого каскада (без ОУ). Поэтому сначала я рассчитывал на ток 50 мА, и купил трансформатор соответствующей мощности — BV EI 304 2045 (2.6VA 2x6V 217mA) и большие электролиты, так как собирался использовать CRC в качестве фильтра питания выходных транзисторов. Но эксперимент показал, что ток можно уменьшить как минимум вдвое без роста уровня искажений. Поэтому на фотографиях видны большие конденсаторы и лишние клеммники для питания выходных транзисторов.
Основные технические характеристики
Питание
220 В / 50 Гц, 3 Вт
Входное сопротивление
10 кОм
Минимальное сопротивление нагрузки
16 Ом
Коэффициент усиления по напряжению
0 ÷ 1
Амплитуда выходного сигнала
1.0VRMS
Частотный диапазон
не уже чем 10 ÷ 45000 Гц
Уровень искажений
не более -90 дБ
Взаимопроникновение каналов
не более -90 дБ (на частоте 1 кГц)
Габаритные размеры (ШxВxГ)
140x35x130 мм
Принципиальная схема
Принципиальная схема повторителя SAQ-SHF
Принципиальная схема источника питания для повторителя SAQ-SHF
Описание работы принципиальной схемы
Выходной каскад на транзисторах Q1 и Q2 — это двухтактный эмиттерный повторитель. Смещение двухтактного повторителя обеспечивается «регулируемым диодом», образованным элементами Q3, R5 и R6. Для увеличения стабильности тока покоя транзисторов Q1 и Q2 используются эмиттерные резисторы R3 и R4. Резисторы R1 и R2 обеспечивают базовый ток выходных транзисторов. Конденсатор C1 обеспечивает одинаковый переменный сигнал на базах транзисторов. На вход транзисторного каскада подключён операционный усилитель U1:A и вместе они охвачены цепью отрицательной обратной связи. Транзисторный каскад — неинвертирующий, поэтому чтобы усилитель был неинвертирующим, операционный усилитель использован также в неинвертирующем включении. Благодаря наличию связи по постоянному току между операционным усилителем и транзисторным каскадом исключается смещение выходного напряжения.
Для источника питания выбрана классическая схема на линейных стабилизаторах.
Настройка устройства
Выходной каскад относится к классу AB, т. е. имеет достаточно большой ток покоя. При данных номиналах, ток покоя составляет около 25мА, при этом тепловыделение транзисторов находится в разумных пределах. Выходной ток задаётся отношением сопротивлений R5 к R6 (R13 к R14) и контролируется по напряжению на R3 и R4 (R11 и R12). В данной схеме это единственное, что требует настройки.
Используемые радиоэлементы в схеме
Обозн.
Номинал
Наименование
Комментарий
Источник питания
R1
1k 0.5W
задаёт ток светодиода
C1, C2
1000μF 16V
можно большей ёмкости, если в корпус поместятся
C3, C4
0.1μF
U1
+5V, 100mA
78L05 (аналог КР1181ЕН5, КР1157ЕН502)
линейный стабилизатор напряжения
U2
-5V, 100mA
79L05 (аналог КР1199ЕН5, КР1168ЕН5)
линейный стабилизатор напряжения
D1
светодиод красный
светодиод в выключателе
BR1
1000V, 1.5A
DB157
диодный мост (удобный корпус)
FU1
0.063A 250V
Держ.пред.ZH242 5*20 панель на плату + предохранитель 5×20
я не нашёл меньшего номинала
J1
301-021-12 (он же XY301V-A-2P)
клеммный зажим
J2
301-031-12 (он же XY301V-A-3P)
клеммный зажим
SW1
SWR-101-2-C3-X/Y* ON-OFF
выключатель (со светодиодом внутри)
TR1
1.8VA 2x6V 150mA
BV EI 302 2005
я использовал BV EI 304 2045 (217mA)
Повторитель
R1, R2, R9, R10
4k7
R6, R14
10k
R3, R4, R11, R12
10
R5, R13
20k
R7, R15
47k
R8, R16
1k
опционально
C1, C3
100μF 6.3V
можно меньшей ёмкости, но не менее 10μF
C2, C4
1μF
любого номинала до 10μF
C5, C6
0.1μF
байпас питания
C7, C8
10μF 16V
байпас питания
U1
NE5532
ОУ (можно любой на ваш вкус)
Q1, Q3, Q4, Q6
BC547C (аналог КТ3102)
биполярный n-p-n транзистор
Q2, Q5
BC557C (аналог КТ3107)
биполярный p-n-p транзистор
J1, J2
PLS-3
штыревой коннектор
J3
301-031-12
клеммный зажим
Прочее
Макетная плата WN-002 (9*15см) гетинакс
Приборный корпус Gainta G706 (140х110х35 мм)
Потенциометр RV16A01F-20-15K-B10K-3
41009-3 ручка метал(пл.встав), D22.6
ST-214C гнездо стерео 3.5мм K211 (с гайкой)
RF-180, АС-разъем на блок с ушами (восьмёрка)
3-000, Гнездо сетевое «8» пластик на кабель
RS-201 RCA JACK на плату 2к.
Шнур JACK3.5 — 2RCA 1.5 м
шнур питания с вилкой
Печатная плата
Здесь представлены изображения для сборки устройства на макетной печатной плате. Размер схемы повторителя всего 1.6×1.6 дюйма, а схемы источника питания — 2×2.5 дюйма.
Печатная плата повторителя SAQ-SHF
Печатная плата источника питания для повторителя SAQ-SHF
Итоговая стоимость устройства
Точно подсчитать итоговую стоимость уже сложно, собирал больше полугода назад и тогда такой задачи не ставил. По нынешним ценам, а они изменились мало, примерно получается следующее:
повторитель (только элементы)
110 (из них операционник — 37)
источник питания (с выключателем)
240 (из них трансформатор — 140)
прочее (корпус, плата, ручка, разъёмы, шнур)
380 (из них корпус — 140)
итого
730
Кроме того, трансформатор и корпус брал под заказ, поэтому они обошлись дороже, итого около 800 руб.
Фото собранного устройства
Результаты измерений RMAA
Результаты RMAA для повторителя с ОУ
Результаты RMAA для повторителя без ОУ
Во второй и третьей колонке повторитель нагружен на резисторы сопротивлением 33 Ома, в последней колонке — на наушники Philips SHP2700. В третьей и четвёртой колонках уровень сигнала снижен на -30 дБ, до приемлемого для наушников.
Из сравнения первой и второй колонки видим, что повторитель нагруженный на резисторы почти не привносит искажений (конечно речь о случае с ОУ), а из сравнения третьей и четвёртой — что с наушниками он ведёт себя так же как и с резисторами (по крайней мере, разница ниже погрешности измерений).
Более детально рассмотреть результаты измерений можно скачав архив SAQ-SHF_RMAA.zip, где находятся сохранённые результаты измерений и отчёты RMAA.
*Вследствие того, что я изначально рассчитывал на вдвое больший ток выходного каскада, то у меня в схеме остались резисторы отличных от приведённых в схеме номиналов (R1, R2, R5, R6 и R9, R10, R13, R14 — вдвое меньшего номинала). Кроме того, в наличии не было стабилизаторов 78L05 и 79L05, поэтому пришлось поставить 78L06 и 79L06. Но это всё не должно существенно повлиять на результаты измерений.
Используемая литература
[1] LM833 Dual Audio Operational Amplifier, National Semiconductor, January 2003
[2] Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т. 1. пер. с англ.-4-е изд. перераб. и доп.-М.: Мир, 1993.-413 с, ил.
Ниже вы можете скачать файлы к проекту (Proteus)
Антон Ефимов, ака efa (г. Кемерово, 2012 г.)
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
ПовторительU1
Операционный усилительNE55321
Q1, Q3, Q4, Q6
Биполярный транзисторBC547BP4
Q2, Q5
Биполярный транзисторBC557AP2
R1, R2, R9, R10
Резистор4.7 кОм4
R6, R14
Резистор10 кОм2
R3, R4, R11, R12
Резистор10 Ом4
R5, R13
Резистор20 кОм2
R7, R15
Резистор47 кОм2
R8, R16
Резистор1 кОм2
C1, C3
Электролитический конденсатор100 мкФ 6.3В2
Не менее 10 мкФ C2, C4
Электролитический конденсатор1 мкФ2
До 10 мкФ C5, C6
Электролитический конденсатор10 мкФ 16В2
C7, C8
Конденсатор0.1 мкФ2
Источник питанияU1
Линейный регуляторKA78L05A1
U2
Линейный регуляторKA79L05A1
BR1
Диодный мостDB1571
1000В, 1.5A C1, C2
Электролитический конденсатор1000 мкФ 16В2
C3, C4
Конденсатор0.1 мкФ2
D1
СветодиодКрасный1
FU1
Предохранитель0.063A 250В1
R1
Резистор1 кОм1
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- SAQ-SHF.rar (87 Кб)
Теги: