Схемы высококачественных усилителей мощности для наушников

Хорошим наушникам – хороший усилитель, или как нам создать эксклюзивное High End Audio своими руками

Чем хорош специализированный усилитель для наушников и стоит ли нам за ним шустро метнуться в магазин?
Ну, по поводу магазина я утверждать не возьмусь по причине весьма высокой, а порой и неадекватной стоимости топовых "хэдфон амплифаеров". А вот по поводу желательности такого изделия для качественных (и от того часто высокоомных) наушников, скажу авторитетно – специализированный усилитель для них окажется совсем нелишним.
А для того, чтобы у нас при этом не возникло ощущений, что наш амплифаер обсыпан алмазами и соединён с внешним миром золотыми шнурками, можно попытаться выполнить данное электронное устройство самостоятельно. Для этого нам понадобятся: руки парные из правильного места – 2 шт, голова, желательно работающая – 1 шт, паяльник с припоем – 1 шт, а также некоторое количество радиотехнических знаний.

Причём, оказывается, что те сокровенные хотелки, которые мы так и не решились осуществить при изготовлении большого УМЗЧ для колонок, можно гораздо проще реализовать в значительно менее мощном усилителе для наушников. А какие такие хотелки могли преследовать заядлого меломана?
Ну, во-первых, двухтактный усилитель, работающий в классе А. Во-вторых, ещё более радикальный вариант, мечта меломана, усилитель, тоже работающий в классе А, но на этот раз – однотактный. Ну и, в конце концов, никто не мешает нам порадовать свой слуховой аппарат своеобразным, но крайне музыкальным звучанием германиевого усилителя.

Но для начала нам надо определиться с выходной мощностью, а вернее (учитывая большой разброс импедансов наушников) – максимальным размахом выходного напряжения усилителя. А поскольку мы ребята умные, но ленивые, то и не будем сильно запариваться изучением различных характеристик наушников (таких как: импеданс, чувствительность и т. д.), а оценим, какими возможностями обладают топовые изделия жадных до денег буржуйских производителей.
На основании осуществлённой работы, констатируем факт, что в целом мощностные характеристики различных дорогих агрегатов близки и обеспечивают выходную мощность: около 200 мВт на нагрузке 300 Ом.
Не надо быть Георгом Симоном Омом, чтобы, исходя из полученных знаний, определить амплитуду выходного сигнала усилителя, выдаваемую на пике мощности. Эта величина составляет ~ 22 (V peak-to-peak), из чего следует, что для питания усилителя нам потребуется минимум +24 В однополярного питания, либо ±12 В двухполярного.

Приведённая ниже схема усилителя на германиевых транзисторах не удовлетворяет указанным требованиям к напряжению ИП, поэтому область её применения несколько ограничена импедансами наушников, которые не должны превышать значений 200...250 Ом. Хотя никто и не мешает запитать её стабилизированным напряжением ±12В.


Рис.1 Схема усилителя для наушников на Ge транзисторах, 32 Ом, 0.75 Вт

Приведённая схема является продуктом коллективного творчества бойцов форума devicemusic.ucoz.ru/forum/ и, как пишет автор-прародитель: рекомендуется к повторению опытным радиолюбителям. Далее по тексту:

На выходе применены комплементарные германиевые транзисторы буквенным обозначением "Б" или "Е", с граничной частотой 1 МГц и относительно высоким коэффициентом передачи тока базы.
Выходной каскад является самостабилизирующимся по току покоя благодаря наличию местной ООС, охватывающей два каскада – выходной и предвыходной.
Любое увеличение тока выходного каскада, проходящее через резисторы R19, R20 приводит к подзапиранию предвыходных транзисторов VT6, VT7.
Дополнительная термостабилизация достигается установкой VD3 на радиатор одного из выходных транзисторов.
Резисторы R18, R21 симметрируют плечи выходного каскада и совместно с R14, R17 образуют динамическую нагрузку (генератор тока) для предвыходного каскада.
Драйверный каскад VT4, VT5 построен по схеме каскодного усилителя с генератором тока на VT3 в нагрузке.
Питание должно быть стабилизированным.
На входе можно использовать транзисторы МП35, МП38А, с коэффициентом передачи тока базы – не менее 50.
Все конденсаторы в схеме плёночные.
Подстроечный резистор R22 в дифкаскаде – для настройки нуля на выходе УНЧ.
Конденсаторы С4, С5 – для предотвращения самовозбуждения.
Для достижения максимально высоких параметров усилителя, транзисторы следует отобрать со следующими значениями β: Т1,Т2 – (80...100); Т3 – (50...60); Т4 – (50...60); Т5 – (100...150); Т6,Т7 – (80...100); Т8,Т9 – (80...150).
Дополнительно: Т1,Т2; Т6,Т7; Т8,Т9 – подобрать в пары по максимально близким параметрам β.



Рис.2 Печатная плата усилителя для наушников на Ge транзисторах


Следующая остановка нашего маршрута – усилитель для наушников JLH Джона Линсли Худа, работающий в чистом классе А.
Практически идентичная схема УМЗЧ была опубликована автором в далёком 1969 году, но даже сейчас, спустя 50 лет продолжает удивлять и радовать энтузиастов отличным качеством звучания и предельной простотой конструкции.


Рис.3 Оригинальная схема усилителя JLH для наушников

Схема данного усилителя крайне проста и не потребует каких-либо значительных вложений при его реализации.

Основные технические характеристики усилителя:
Рекомендуемая нагрузка – от 8 Ом и выше;
Частотный диапазон: 12 Гц-50 кГц (0/-1 дБ); 12 Гц-120 кГц (0/-3 дБ);
Коэффициент усиления: 21 дБ;
Соотношение сигнал/шум: 101 дБ;
Скорость нарастания сигнала: более 35 В/мкс;
Напряжение питания: ± 12 В;
Потребляемый двумя каналами ток: 260 мА;
Ток покоя каждого выходного каскада усилителя: 125 мА

Ток покоя выходного каскада устанавливается автоматически. Его можно проверить по величине падения напряжения на резисторе R11, воспользовавшись законом Ома и деревянными счётами.
Напряжение на выходе усилителя тоже (по идее) должно быть довольно близким к нулю, однако при желании поточнее подрегулировать его уровень, можно слегка поиграться номиналами R1 и R3, либо припасть к несколько модифицированной схеме, освоенной нашими китайскими друзьями, а по совместительству – производителями электронных наборов усилителей.


Рис.4 Модифицированная схема усилителя JLH для наушников

Изменения по отношению к оригинальной схеме здесь совсем незначительны. Помимо шунтирования электролитических конденсаторов неполярными (что, по сути – не повредит), введена регулировка потенциала средней точки, для чего добавлен стабилитрон на 2,7 В и подстроечный резистор Р2.


И, наконец, самый радикальный Headphone Amplifier, который справедливо может претендовать на звание "настоящего High End-а" – однотактный усилитель мощности, разумеется, работающий в классе А.
Не буду распространяться про ни с чем не сравнимый звук однотактника, ибо вопрос это довольно философский и никаким писюном не связанный с техническими характеристиками аппаратуры, а поэтому – просто приведу схему отличного усилителя для наушников.

Рис.5 Схема усилителя Н. Пасса, адаптированная под работу с наушниками

Схема эта принадлежит руке Нельсона Пасса (Nelson Pass), являющимся главным идеологом УМЗЧ по технологии Zen, а по совместительству – руководителем лаборатории "Pass Labs".
Хоть данная разработка и появилась одной из первых среди плеяды усилителей Пасса, выполненных на MOSFET транзисторах, однако (на мой взгляд) является лучшей в своём классе и в сухом остатке способна выдавать бескомпромиссное звучание, по гармоническому составу максимально близкое к звуку ламповых однотактников.

Поскольку импеданс качественных наушников в десятки раз превышает сопротивление акустических систем, то и ток покоя выходных транзисторов (относительно исходных 2А) следует уменьшить в пропорциональное количество раз. В варианте, приведённом на схеме, этот ток составляет величину 270 мА.
Для улучшения качественных характеристик усилителя, напряжение питания не следует уменьшать до 24 В. И пусть мощность, рассеиваемая на двух выходных транзисторах, составляет ~ 10 Вт и имеет несколько большую величину, чем хотелось бы, однако радиаторы при такой мощности рассевания не будут иметь удручающих размеров и вполне впишутся к корпус средних размеров.

Ток покоя выходных транзисторов устанавливается автоматически.
Изменением номинала резистора R6 можно подрегулировать (при необходимости) уровень выходного постоянного напряжения.
Коэффициент передачи усилителя равен ~ 4,5.
Печатную плату и расположение элементов на ней можно посмотреть на странице сайта Нельсона Пасса –  ссылка на страницу .


Чем хорош китайский хунвейбин? А китайский хунвейбин хорош шустростью и усердием! Я вот, к примеру, нигде у Пасса не видел представленную ниже схему. А вот у китайца увидел, причём не только в нарисованном виде, но и в виде готовой железяки, предлагаемой на всем известной торговой площадке.


Рис.6 Схема Zen усилителя для наушников от electronics-diy.com

На автора этой разработки я наткнулся на сайте  electronics-diy.com. Главным отличием этой схемы от предыдущей является заимствованный у Нельсона Пасса источник тока с отрицательным импедансом (Q1, Q3), запатентованный автором в 1991 году и названный – источником переменного тока Aleph.
Что нас может заинтересовать в приведённой на рисунке реализации?
1. Фильтр по питанию R18, C6. Ну что ж, хорошо – вполне полезный и допустимый аксессуар для усилителя, работающего в классе А.
2. Переменный резистор R17 (BIAS). Позволяет регулировать ток покоя выходных транзисторов. Причин для введения такой регулировки я могу предположить только две: во-первых, сэкономить на электричестве, во-вторых, добавить изделию рекламной весомости.
3. Отрицательная обратная связь, идущая на источник тока через переменный резистор R16 (BAL), как и любая ООС определённо может привести к некоторой линеаризации усилителя. Но так ли это нужно однотактнику, который, по большому счёту, уже перестаёт являться таковым? С моей точки зрения, ответ однозначен – НЕТ!