• Объявления

    • admin

      Размещайте материалы своей компании БЕСПЛАТНО!   18.04.2018

      Редакционная политика портала позволяет размещать на бесплатной основе различные типы материалов: интересную информацию, наработки, технические решения, аналитические статьи и т.д. Пример такого блога. Взамен мы рекламируем ваш блог в наших группах в соц. сетях, ну и плюс естественная самореклама от пользователей форума и блогов, которые будут читать ваш блог. К примеру охват одного поста только в нашей группе VK составляет более 10 тыс. человек. Т.е. мы предлагаем бартер - вы ведете у нас блог и публикуете какую-то полезную и интересную информацию связанную с вашим производством, а мы рекламируем ваш блог в наших соц. сетях. Блоги можно полностью кастомизировать: поставить изображение шапки, сделать меню или оглавление, также в своем блоге вы будете модератором - сможете удалять комментарии и т.д. Ведение своего блога требует времени и навыков, но рекламный эффект колоссальный, т.к. это живое общение и отклик. Посты не должны быть рекламой, а также должны соответствовать правилам форума. Для тех компаний, которые будут публиковать интересный контент, права в дальнейшем будут расширяться - сможете публиковать больше ссылок, пресс-релизы, новости компании, анонсы и т.д. Ну а если вы хотите размещать платную рекламу: условия и прайс размещения на сайте и форуме, коммерческая тема на форуме, реклама в группе VK.

Заметки радиолюбителя

  • запись
    21
  • комментариев
    335
  • просмотров
    32 026

Усилитель для наушников "Prometheus"

aitras

1 220 просмотров

5c35f2cc933bb_2019-01-0820-10-47.thumb.JPG.fa02cc44d5ffa4e7cb8f7d482e88b91c.JPG

Известно, что стандартного выходного напряжения типовых звуковых карт или ЦАП зачастую недостаточно для работы на высокоомные наушники. Как и недостаточно выходного тока для работы на низкоомные наушники. Поэтому необходим усилитель, который усилит мощность источника сигнала, и даст возможность источнику работать на широкий диапазон сопротивления нагрузки.

Когда-то давно я собирал усилитель для наушников по схеме Питера Смита по схеме из Everyday Practical Electronics (мартовский номер 2008 года). По звуку он мне очень понравился, и до недавнего времени я его использовал в виде макета.

image.thumb.png.a254d06a0f7372998c7fff9dcba94ece.png image.thumb.png.eafb7804d5e5ff4c3b3600b0506c71c1.png

Со временем стало понятно, что хочется его таки собрать в нормальный корпус. Тем более у меня появились отлично звучащие ортодинамические наушники ТДС-5М (копия Yamaha YH-1), с которыми и должен работать усилитель. Но в этом варианте конструкция имела недостатки - отсутствие стабилизаторов, которые есть в оригинальной схеме, громоздкость и защита была на отдельной плате.

Схема

Новая схема по сравнению с макетом претерпела некоторые изменения и приняла следующий вид:

image.thumb.png.ad9aa205baf883b07cc3b55f72d5ca48.png

Конструкция

Отправной точкой для конструкции нового варианта усилителя стало желание перевести схему на SMD-компоненты, сделать максимально монолитную одноплатную конструкцию и уместить ее в китайский алюминиевый корпус:

image.thumb.png.55a8aaa8b7744774a00d8788ba31c212.png

Доступная высота для компонентов в таком корпусе (от платы внутри корпуса до крышки) всего 28,5 мм. Поэтому на замену имеющимся трансформаторам ТПК-2 (ТПГ-2) пришлось подыскать замену пониже, при сохранении максимально возможной габаритной мощности. Нужная модель нашлась у фирмы HAHN - BV EI 304 2047.

С электролитами в блоке питания проблем не возникло - были взяты модели B41851F5228 фирмы EPCOS с высотой корпуса 25 мм. С выпрямителе был реализован C-R-2C фильтр.

Охлаждение греющихся компонентов - транзисторов выходного каскада и стабилизаторов - реализовано с использованием радиаторов 28 на 28 мм и высотой 20 мм. Причем крепление сделано таким образом, что компоненты расположены горизонтально а радиаторы прижимают их к плате. Для равномерного прижима между платой и корпусами транзисторов проложен силикон толщиной 1 мм, а также в радиаторы вкручены стойки высотой 5 мм, которые не позволяют притянуть радиатор с перекосом и служат элементами крепления радиаторов. К сожалению, найти стабилизаторы в изолированных корпусах не предоставляется возможным, поэтому под них пришлось подложить теплопроводящие изоляционные прокладки.

В качестве регулятора громкости применен потенциометр ALPS RK27 на 10 кОм, давно лежащий без дела.

У корпуса внутри есть специальные пазы для платы, поэтому на краях платы сделаны соответствующие выступы справа и слева. Кроме этого по углам платы сделаны крепежные отверстия на случай, если будет применяться другой тип корпуса. Три других отверстия остались от варианта, когда планировалось в выбранном корпусе крепить плату ниже, чем это позволяют пазы. В итоге от этого варианта я отказался, а отверстия оставил.

В качестве сетевого разъема применен разъем под кабель "восьмерку", совмещенный с выключателем. TRS-разъем взят под Jack 6.3 мм. На плате нашлось место даже для сетевого предохранителя, варистора и термистора.

С учетом всего вышесказанного, была получена следующая конструкция и топология печатной платы:

image.thumb.png.3c9901c0b68e4d16af117eee8c4e4e62.png

2018-11-30_01-15-35.png.6371e7531d1e2880c4b274fbe472714d.png 2018-11-30_01-16-34.png.0da8b515e4160f2f208aea56b54a0c9f.png

Монтаж получился достаточно плотный, но зато удалось все вписать в допустимые габариты:

2018-11-30_01-11-32.thumb.png.4b8a98b679a7d47ee3c1994ff858acf5.png

2018-11-30_01-09-25.thumb.png.c3285325f83965a1163135c6f97e2353.png

Дизайн

Расположение разъемов, регулятора громкости и светодиода проводилось с учетом того, чтобы усилитель красиво выглядел. Некоторая асимметричность расположения компенсирована надписями на панели. Название усилителю придумалось Prometheus, то есть Прометей, что в данном случае ничего не значит, а просто выглядит красиво :) 

image.thumb.png.9d1b3f1f0fecc73c51ae7ba4b44e5f86.png

Реализация

Платы были заказаны на JLCPCB. Последний раз я заказывал там в прошлом году, и сейчас показалось, что качество у них стало лучше. Особенно заметно по маркировке.

image.thumb.png.b940a69de4000832d74026c7748b46c6.pngimage.thumb.png.0c2c2b00d78ed7ef510ccb5299f46775.png

image.thumb.png.14606ac0d47e7ce5fa62692d22d54e44.pngimage.thumb.png.26b8eddf73fda3d1f18d375cf9d88c7c.png

В процессе пайки и испытаний выяснилось, что в конструкции есть ошибки. К счастью, их исправление обошлось "малой кровью":

  1. Посадочное место под выходной TRS-разъем сделано с ошибочным расположением отверстий под направляющие пластиковые штифты и при монтаже нужно было их откусить.
  2. Перепутаны вход и выход стабилизатора на 12В для реле, т.к. у мелких корпусов цоколевка почему-то сделана зеркально по сравнению с TO-220. Пришлось на место SOT-89 впаять стабилизатор лежа в корпусе TO-92, благо рассеиваемой мощности корпуса хватает.
    5c057c398d2d7_2018-12-0322-41-21.thumb.jpg.2d5db2228e5fadf502cea42d31067877.jpg
  3. Отключение реле защиты происходит слишком долго из-за того, что емкость фильтра продолжает держать напряжение некоторое время после выключения. Слышны переходные процессы в наушниках. Если на питание защиты поставить отдельный выпрямитель, то проблема уходит. 
  4. Сетевые трансформаторы небольших габаритов всегда имеют повышенное напряжение холостого хода, которое под номинальной нагрузкой просаживается до заявленных значений, но в данной конструкции оно остается довольно высоким. Это дает и лишний нагрев стабилизаторов. Поэтому трансформаторы я заменил на BV EI 304 2046 (это 2х9В). По температуре все стало гораздо приятнее.

5c360b5f66510_2018-12-0920-55-10.thumb.JPG.dc97fc04d00c25ae30257adc64bfbff1.JPG   5c360b5da50fc_2018-12-0920-56-33.thumb.JPG.6b306b7af0459de6447bd530dfd322b9.JPG

5c360b92858bf_2018-12-0916-36-52.thumb.JPG.8b95191ac19a97da72f5edd93b5686a6.JPG   5c360b913a90b_2018-12-0920-57-38.thumb.JPG.e6cf2deb93e664dc32214cffa9bd2a09.JPG

Комплектные переднюю и заднюю панель отдавал на фрезеровку и гравировку. Результат собранного варианта на фото ниже:

5c35f38d971b4_2019-01-0820-09-03.thumb.jpg.30a709b2616ea7e14d453c9adc8028b8.jpg   5c35f38f14f14_2019-01-0820-08-50.thumb.jpg.6fcacac126af380a9ebd1a21b1ca28ed.jpg

Измерения

Спектр выходного сигнала (нагрузка 100 Ом, в качестве источника ЦАП "Mercury"):

2019-01-09_18-03-06.png.6c4eb42358f3660b8cc539f0fce67f19.png

Тут я удивился - откуда такой лес сетевых гармоник? Отключил защиту (потому что на нее питание выпрямляется однополупериодным выпрямителем). Стало лучше:

2019-01-09_18-22-30.png.a27def10b6966895c5f6ec2cd2e6d0b5.png

Но все равно много. Грешу на земляную петлю, которая могла возникнуть на полигоне. Какие ваши идеи?

По температуре все очень приятно. При тестах без корпуса самые горячие - трансформаторы, ~55 °C, радиаторы стабилизаторов ~45 °C, радиаторы выходного каскада ~43 °C.

Потребление по каждой ветке питания около 23 мА при мощности, близкой к максимальной.

Планы на будущее

В планах исправить выявленные недостатки, сделать некоторые изменения и собрать еще один экземпляр:

  1. Исправить текущие недоработки по стабилизатору защиты.
  2. Добавить нормальный выпрямитель на питание защиты.
  3. Разобраться с трассировкой земли.
  4. Заменить полевой транзистор в схеме защиты на маломощный в корпусе SOT-23.
  5. Не очень удобно подкладывать под стабилизаторы теплопроводящие прокладки. А так как обмотки трансформатора раздельные, можно сделать независимые стабилизаторы на LM317 в изолированных корпусах как на положительно, так и отрицательное плечи питания.
  6. Возможно стоит заменить сетевой разъем - нужно чтобы он впаивался в плату. Так он будет занимать меньше места и компоненты, связанные с сетью, можно будет еще дальше отодвинуть от входного разъема.
  7. Для возможности применения других переменников для РГ нужно предусмотреть установку переходных платок.

А пока я слушаю и наслаждаюсь как звуком, так и внешним видом ^_^ 

Как всегда есть остатки плат...

  • Лайк 3
  • Одобряю 5


33 комментария




Рекомендуемые комментарии

Очень толково и по делу. Даже с учетом мелких недочетов, получился очень годный усилитель.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Компоновка и подход к конструкции очень понравился.

Трансы HAHN - гуано. Сифонят ибо намотаны максимально экономично.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
2 минуты назад, Ulis сказал:

Трансы HAHN - гуано. Сифонят ибо намотаны максимально экономично.

А какие в подобном форм-факторе будут лучше? 

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Я бы брал трансформаторы на 380 вольт первички, с учетом подключения в 220в сеть.
Вторички будут давать на 0,58 меньшее напряжение, но индукция будет человеческая.

Все производители экономят. Нормальный, залитый трансформатор для аудио из пром-серий другим путем не подобрать.
НУ или мириться с квадратным синусом

Кстати, если макет усилка сохранился, то попробуй вместо 317/337 попитать его от 7812/7912. Разница на мой ух не в пользу 317/337

И плюс 7812/7912 легко купить в изолированных корпусах. Например от KEC

Изменено пользователем Ulis

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Спасибо.

Не сохранился. Но можно один канал попробовать запитать от 78/79 серии.

  • Лайк 1

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Зачётно получилось. :)  Респект. 
А с земелькой и вправду лажа получилась. :)  Может, если раздельное питание каналов, то и защит надо было две делать, а земли каналов разделить и собирать уже на выходном разъёме? 

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Можно попробовать отделить питание ОУ от выходников RC фильтром

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Очень хорошо получилось. Отличная конструкция, нормальный усилитель для наушников. Сам его собирал, остался доволен.

  • Одобряю 1

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

С землей никаких проблем нет ( чтобы накосячить в такой простой конструкции с землей надо быть полным рукожопом :) ). Это как Ulis правильно отметил, трансы "сифонят" на всю округу ( 50 Гц явно на это намекают). Я в своих проектах применяю польские TEZ, лучшее, что нашел. Можно еще в первичку резисторы на несколько десятков ом включить, чтобы снизить поле рассеяния. 

Ну а по стабилизаторам попробуй простой безОСный опора+эмитерный повторитель, уж всяко лучше будет, чем 78ХХ. 

  • Одобряю 1

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Да простит меня Михаил за оффтоп. :vava:

@nick4prog HAHN говённые трансформаторы, спору нет. Но, как пример, одна из реализаций ЦАПа  с применением этих трансформаторов:
WP_20190112_17_39_04_Pro.thumb.jpg.9297c9a05907500d43135c250fcbe9ad.jpg

И снятая THD данной схемы:
THD-2.thumb.png.8d258607b8783c74933702cf99f015e3.png

Никакого сифона и бороды. :)  Поэтому либо схема, либо разводка.  Чудес не бывает. :) 

  • Лайк 3
  • Одобряю 2

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Как я вижу по плате Михаила, вход организован прямо рядом с сетевым вводом, что как бы намекаэ... :)

 

Изменено пользователем finn32

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

А ведь действительно, вход далеко от ОУ и чувствительные входные линии проходят через всю плату, как раз под злополучными трансформаторами. :( Как всегда в подобных компактных конструкциях происходит борьба между "красиво" и "правильно". В итоге победило "красиво", но какой ценой? 

Так что во второй версии данного усилителя есть над чем подумать. ;)

  • Лайк 1
  • Одобряю 1

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Лучше всего такие трансформаторы брать с первичкой на 380 вольт.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Теперь вот думаю как лучше поступить...

Оптимальный вариант, как мне кажется, это применить трансформаторы с первичной обмоткой 380В, как уже неоднократно советовали и перетрассировать плату, сдвинув правый трансформатор вплотную к левому подальше от входных цепей. Децибел на 5 если подавить сетевые гармоники, уже будет хорошо.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

А если входные разъёмы на корпусе, а к РГ экранированными проводами?
ps. В природе существует стаб в изолированном корпусе, называется KIA317PI. На отрицательное напряжение, к сожалению, никто не додумался изготовить.

Изменено пользователем Yurik_V

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий
11 минуту назад, Yurik_V сказал:

А если входные разъёмы на корпусе, а к РГ экранированными проводами?

Можно попробовать. Я думал об этом. Но не хотелось лишних проводов добавлять.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

А если два трансформатора на 220В последовательно первичками включить в сеть? Взять трансы на напряжение в 2 раза повыше...или там по току не пройдут трансформаторы с более высоким напряжением вторички?

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

@Rea_ По току возможно и пройдут, но они греются что-то уж очень неприятно. Сейчас есть запас по току, температура приемлемая.

Я тут вчера вот такой экран накинул на правый трансформатор

L8CzfsyBe1I.jpg

До/после:

image.png.6f0dfa4422f0ab8b7a6777628b11c402.pngimage.png.c25c014622025943ab22857032bedc89.png

Эффект есть, но экранировать надо скорее сверху и снизу, чем сбоку :) 

Кстати интересный момент - если идет наводка на дорожки входного сигнала, то почему уровень фона не зависит от положения РГ?? Но то, что бОльшее влияние трансформаторы имеют на правую сторону конструкции (где идут эти дорожки) - это факт.

Поделиться комментарием


Ссылка на комментарий

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас