Усилитель для стереотелефонов с автономным питанием

Большинство цифровых мобильных мультимедийных устройств имеют невысокий уровень выходного сигнала на контактах гнезда для подключения головных стереотелефонов. Обычно максимальный размах выходного сиг­нала при воспроизведении музыкаль­ных файлов не превышает 1 В, а при проигрывании видеофильмов и прослу­шивании радиоспектаклей часто бывает понижен в 3…10 раз. При этом, если в тихой обстановке при использовании низкоомных телефонов ещё можно что-то разобрать, то, например, в шумном помещении или в поезде фоновый шум может оказаться громче звука из голов­ных телефонов. Чтобы прослушивать мультимедийные файлы в разной об­становке с оптимальной громкостью, можно воспользоваться описываемым ниже УМЗЧ с автономным питанием, который включают между источником сигнала и стереотелефонами.

Об устройствах, которые можно ис­пользовать как УМЗЧ для стереотеле­фонов, в журнале уже рассказывалось [1, 2], но они требуют подключения к ис­точнику сетевого напряжения. Предла­гаемый стереофонический УМЗЧ спе­циально предназначен для работы на головные телефоны и питается от встро­енной аккумуляторной батареи большой ёмкости, что обеспечивает его дли­тельную работу.

Схема усилителя представлена на рис. 1. Входную вилку устройства ХР1 подключают к источнику сигнала ЗЧ. Через RС-фильтры R1С3 и R3С4 стерео­сигнал поступает на регулятор громкос­ти — сдвоенный переменный резистор R6. Конденсатор С2 позволяет подклю­чить УМЗЧ и источник сигнала к одному общему источнику питания постоянного тока, например, описанному в [3]. При этом возможно появление незначитель­ных периодических «цифровых» помех в телефонах — в том случае, если общий провод выхода у источника стереосиг­нала не является минусом питания.

Рис. 1

С движков секций переменного ре­зистора стереосигнал через раздели­тельные конденсаторы С6 и С7 поступа­ет на неинвертирующие входы ОУ мик­росхемы DА1. Коэффициент усиления напряжения в каналах зависит от отно­шения значений сопротивления резис­торов R14/R10 и R15/R11. В данном уст­ройстве коэффициент усиления выбран относительно большим, что позволяет почти всегда поднять уровень звука до оптимального, но такое решение потре­бовало применения малошумящих ОУ. Демпфирующие цепи R18С12 и R16С13  предотвращают возможное само­возбуждение ОУ на ультразвуковых частотах. Диоды VD3—VD6 защищают микросхему от разря­дов статического электричества и от повреждения токами утечки сетевых источников питания.

Усиленный стереосигнал через разделительные конденсаторы С15—С18 поступает на гнездо XS2, к которому подключают головные стереотелефоны. Резисторы R20, R21 предотвращают появле­ние неприятного щелчка при подклю­чении телефонов к работающему усили­телю. Режим работы ОУ DA1.1 и DA1.2 за­даёт резистивный делитель напряжения R19R17. Максимальный размах напряже­ния на выходе УМЗЧ — около 3,9 В при напряжении питания микросхемы 4,2 В.

Источником питания УМЗЧ служит батарея из соединённых параллельно литий-ионных аккумуляторов G1 и G2. К узлам усилителя она подключена через контроллер зарядки/разрядки А1. Между ним и аккумуляторной батареей установ­лен полимерный самовосстанавливающийся предохранитель FU1. Для зарядки батареи к гнезду XS1 подключают источ­ник напряжения 4,8…6,5 В. Ток зарядки ограничивается включёнными последо­вательно резисторами R9, R13, диодами Шотки VD1, VD2, сопротивлением соеди­нительного провода и выходным сопро­тивлением зарядного устройства. Когда по цепи протекает ток зарядки аккумуля­торной батареи, германиевый транзи­стор VT1 открыт и светодиод HL1 светит­ся. Диод VD1 ограничивает рост напря­жения на выводах резистора R4. Конденсатор С5 снижает чувствитель­ность транзистора VT1 к пульсациям источника питания. Конденсатор С8 обеспечивает корректную работу конт­роллера А1. Применение двух последо­вательно включённых резисторов R9, R13 вместо одного большей мощности рассеяния позволяет равномернее рас­пределить нагрев в корпусе устройства.

Когда в процессе зарядки напряже­ние на выводах батареи достигает 4,22…4,25 В, контроллер А1 отключает аккумуляторы G1, G2 от зарядной цепи. Поскольку ток зарядного устройства мо­жет быть заведомо больше, чем по­требляемый микросхемой DA1 ток от ис­точника питания, при отключении бата­реи контроллером А1 напряжение пита­ния DA1 повышается до 4,6…6,3 В, что положительно сказывается на увеличе­нии максимального размаха напряжения на выходах УМЗЧ. Напряжение питания на DA1 подаётся через замкнутые кон­такты выключателя SB1, светодиод HL2 светится при работающем УМЗЧ. Для уменьшения потребляемого этим инди­катором тока в качестве HL2 применён сверхъяркий светодиод, довольно ярко светящийся при токе около 150 мкА.

Большинство деталей установлены на монтажной плате размерами 66×49 мм (рис. 2), монтаж — низкопрофильный, двухсторонний, навесной. После про­верки работоспособности устройства плату обязательно следует покрыть с обеих сторон толстым слоем цапонлака (проследите за тем, чтобы он не попал в гнёзда розеток разъёмов, в перемен­ный резистор и выключатель питания).

Рис. 2

Микросхема АРА2308 представляет собой сдвоенный высококачественный малошумящий ОУ, специально предна­значенный для применения в качестве усилителя ЗЧ для головных стереотеле­фонов. Микросхема с индексом и выпус­кается в корпусе DIP-8, а с индексом К — SОР-8. Можно применить микросхему ТL3414А (назначение выводов такое же, как у АРА2308). При отсутствии в продаже таких микросхем можно попытаться найти их в старых компьютерных устрой­ствах для чтения/записи компакт-дисков.

Вместо германиевого транзистора МП25А можно применить любой герма­ниевый низкочастотный из серий МП25, МП26, ГТ402 (вариант корпуса — 2), а так­же зарубежные ГТ2 307, SFT307, SFТ352; вместо диодов Шотки МВRD320 — МВRD330, МBRD340, МВRD835, 1N5820, 1N5821, МВR320, МВR330, 15МQ040N, 30ВQ040, а вместо диодов 1N914 —лю­бые из 1N4148, РМLL4148, РМLLL4448, 1SS176, КД510А, а также КД521, КД522 с любым буквенным индексом.

Для регулирования громкости приме­нён высококачественный сдвоенный переменный резистор от импортного музыкального центра SANIO М-977DSR, его «холодные» выводы электрически соединены вместе внутри корпуса. Мож­но использовать любой аналогичный сдвоенный резистор сопротивлением 10…150 кОм (чем оно меньше, тем луч­ше). Все сигнальные провода, подклю­чённые к регулятору громкости, должны быть экранированными, металлический экран соединяют с общим проводом.

Остальные резисторы — С2-14, С2-23, МЛТ, ОМЛТ, РПМ или импортные анало­ги. Под резисторами R9, R13 в монтаж­ной плате просверлены дополнительные вентиляционные отверстия. Резисторы R1, RЗ и конденсаторы С3, С4 припаяны к соответствующим выводам секций сдвоенного переменного резистора R6, резистор R22 — к контактам выключате­ля SВ1. Неполярные конденсаторы — малогабаритные керамические, напри­мер, К10-50 или аналоги (те из них, что установлены в сигнальных цепях, необхо­димо проверить на отсутствие микро­фонного эффекта, по этой причине нель­зя устанавливать конденсаторы К10-7). Остальные конденсаторы — оксидные импортные высотой 4…6 мм.

Светодиод RL36-SR114S (красного цвета свечения с линзой диаметром 3 мм) заменим любым из серий КИПД66, RL30N, L-934S. Вместо свето­диода RL30-СВ744D (синего цвета све­чения) можно использовать, например, RL50-СВ744D, RL30-WH744D. При мон­таже НL2 учитывайте, что не все сверхъ-яркие светодиоды содержат защитные стабилитроны, поэтому при монтаже обязательно защищайте их от статиче­ского электричества соединяющей выводы временно установленной про­волочной перемычкой.

Выключатель SВ1 — импортный ма­логабаритный кнопочный, одноимённые контакты групп соединены параллельно. Розетка ХS1 — miniUSB, это позволяет использовать для зарядки аккумулятор­ной батареи большинство зарядных уст­ройств от мобильных мультимедийных аппаратов и системные блоки ПК. Мож­но установить также розетку microUSВ, являющуюся стандартом для современ­ных мобильных устройств связи, но эти розетки обладают неудовлетворитель­ной надёжностью.

Контроллер А1 извлечён из неисправ­ной телефонной литий-ионной аккумуляторной батареи Samsung (рис. 3). Он «умеет» отключать аккумулятор от цепи не только когда полностью заряжен, но и при его разрядке до минимально допус­тимого уровня, на что способны не все контроллеры аналогичного назначения.

Рис. 3

Поскольку данных о наличии защитного предохранителя нет, между контролле­ром и батареей установлен полимерный самовосстанавливающийся предохра­нитель на ток 1,1 А (подойдёт любой низ­ковольтный наток 1,1… 1,85 А). Стальные контактные лепестки контроллера облу- живают припоем с помощью флюса из ацетилсалициловой кислоты. К минусо­вому контакту припаивают предохрани­тель, к плюсовому — соответствующий провод от аккумуляторной батареи. Перед началом эксплуатации проверьте контроллер на исправность.

Сделанные в Японии литий-ионные аккумуляторы Panasonic-Matsushita CGR18650C извлечены из ноутбучной батареи 2004 г. выпуска. Предвари­тельно они были полностью заряжены, измеренная через восемь месяцев сум­марная ёмкость аккумуляторов при разрядке током 1 А составила около 4500 мА·ч, что свидетельствует об их очень высоком качестве. Тут необходи­мо отметить, что среди продаваемых в розницу аккумуляторов типоразмера 18650 много низкокачественных и под­дельных экземпляров (с большим то­ком саморазрядки, в несколько раз меньшей, чем на этикетке, ёмкостью, с коротким сроком службы/хранения).

Подделками, по мнению автора, явля­ются все аккумуляторы 18650 с заяв­ленной ёмкостью более 3000 мА·ч. При монтаже таких аккумуляторов будьте предельно осторожными — при корот­ком замыкании ток в цепи может дос­тичь нескольких десятков ампер. Про­вода припаивают к приваренным к кор­пусу аккумулятора стальным лепест­кам. К корпусу устройства их приклеи­вают двухсторонней липкой лентой.

Корпус усилителя — пластмассовый, размерами 88x57x35 мм. Для крепления элементов в нём применены этиленвинилацетатный клей, а также «Квинтол» и БФ-2. Для лучшего сцепления склеивае­мым пластиковым поверхностям реко­мендуется придать шероховатость быстровращающимся сверлом или фре­зой. В нижней части корпуса в качестве экрана приклеена липкая алюминиевая фольга, электрически соединённая с об­щим проводом, точка подключения — экран переменного резистора R6. Вид на компоновку узлов в корпусе показан на рис. 4, внешний вид усилителя — на рис. 5.

Рис. 4

Рис. 5

Безошибочно изготовленное из ис­правных деталей устройство начинает работать сразу и не требует налажива­ния. При напряжении питания 4,2 В в от­сутствие сигнала УМЗЧ потребляет ток около 2,8 мА, при работе с телефонами сопротивлением 32 Ом на максимальной (оптимальной) громкости — примерно 18 мА, таким образом, полного заряда аккумуляторной батареи хватит более чем на 250 ч непрерывной работы устройства. Время зарядки полностью разряженной батареи зависит от её реальной ёмкости и особенностей зарядного устройства (при зарядке от блока питания, аналогич­ного описанному в [3], — около суток).

ЛИТЕРАТУРА

1. Бутов А. Активный разветвитель сигна­ла для стереотелефонов. — Радио, 2014, № 1, с. 12-14.
2. Бутов А. Корректирующий усилитель ЗЧ для мультимедийных устройств. — Радио, 2015, № 11, с. 10, 11.
3. БутовА. Импульсный источник питания на базе блока из DVD -проигрывателя. — Радио, 2015, № 11, с. 31, 32.

Автор: А. Бутов, с. Курба Ярославской обл.
Источник: Радио №11, 2016