9 января 2019 г.
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.
Скачать печатную плату прототипа (LAY)
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.
Новая схема по сравнению с макетом претерпела некоторые изменения и приняла следующий вид:
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:
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, но 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:
Монтаж получился достаточно плотный, но зато удалось все вписать в допустимые габариты:
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 :)
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.
В процессе пайки и испытаний выяснилось, что в конструкции есть ошибки. К счастью, их исправление обошлось "малой кровью":
Комплектные переднюю и заднюю панель отдавал на фрезеровку и гравировку. Результат собранного варианта на фото ниже:
Спектр выходного сигнала (нагрузка 100 Ом, в качестве источника ЦАП "Mercury"):
Тут я удивился - откуда такой лес сетевых гармоник? Отключил защиту (потому что на нее питание выпрямляется однополупериодным выпрямителем). Стало лучше:
Но все равно довольно много...
По температуре все очень приятно. При тестах без корпуса самые горячие - трансформаторы, ~55 °C, радиаторы стабилизаторов ~45 °C, радиаторы выходного каскада ~43 °C.
15 февраля 2019 г.
Слабым местом в получившейся конструкции стали входные цепи. Их дорожки проходят очень рядом в сетевым трансформатором. Поэтому именно в эту сторону я и начал копать. Измерил спектры без входного сигнала, с замкнутым входом, и с регулятором громкости на максимум:
То есть проблема явно в наводке сетевого напряжения на дорожки. Причем сами трансформаторы намотаны с экономией и очень ощутимо фонят в воздух. Перерезал сигнальные провода, кинул отдельно в экране и стало лучше. А если подавать сразу на разделительные конденсаторы, минуя входной разъем, то картинка становится такой:
28 декабря 2019 г.
К концу года я разработал новую ревизию платы, в которой исправил имеющиеся схемотехнические недочеты и, что самое главное, трансформаторы переместил максимально далеко от входных цепей. Соответственно, перекомпановалось и все остальное. Транзисторы выходного каскада поставил вертикально и применил другие радиаторы. В таком виде блоки усилителей разводятся максимально компактно.
Спектры при минимальном и максимальном положении ручки громкости:
Не знаю, можно ли сделать лучше при том же конфиге. Решил оставить все как есть и просто наслаждаться звуком.
Скачать все файлы проекта (ZIP)
