Do nedávna väčšina výrobcov dobrých slúchadiel používala štandardne impedanciu 600 Ω. Dnes, však trhu dominujú 32 Ω verzie slúchadiel a prekvapivo sa jedná o "lacné špunty", ktoré sú predávané napríklad k mobilným telefónom, ale aj o elegantné a technológiami nabité drahé modely. Jednoducho sa dá povedať, že dnešné moderné slúchadlové zosilňovače poskytujú o trochu viac výkonu.

Aj keď v zásade bežný operačný zosilňovač v primeranej kvalitatívnej triede postačí na vybudenie 600Ω slúchadiel na pomerne značnú hlasitosť, tak pri porovnateľnej hlasitosti 32Ω slúchadiel tečú nimi podstatne vyššie prúdy, čo by zaručene spôsobilo, že by menej kvalitné operačné zosilňovače prestali zaručene fungovať. Klasické riešenie zo starými, ale vždy pomerne dobrým obvodom  NE5532 alebo porovnateľnými integrovanými obvodmi je v tomto prípade už nie veľmi použiteľné riešenie. Aby sme teda zabezpečili, že moderné slúchadlá nebudú znieť skreslene, je potrebné klasické zapojenie s operačnými zosilňovačmi tak trocha upraviť. Dnes je to veľmi jednoduché, nie len v princípe, ale aj v praxi. Stačí totiž pridať jeden BUF634A pre každý kanál.

BUF634A

BUF634A je vysokovýkonový zosilňovačový integrovaný obvod typu buffer. Tento obvod je navrhnutý na poskytovanie vysokého výkonu s minimálnym skreslením signálu, čo je užitočné v mnohých aplikáciách, ako napríklad v audio zosilňovačoch alebo v akustických systémoch. BUF634A má vysokú vstupnú impedanciu, nízku výstupnú impedanciu a môže poskytovať veľké množstvo prúdu, čo znamená, že môže poskytnúť dostatočný výkon pre pohonné reproduktory alebo ďalšie zariadenia s nízkou impedanciou. Je to IC s jedným kanálom a používa sa ako buffer, aby sa zabránilo degradácii signálu medzi zdrojom signálu a zariadením s nízkou impedanciou. Tento typ zosilňovačového IC je často používaný v profesionálnych audio systémoch a pre domáce audio systémy pre jeho schopnosť poskytovať čistý a vysokokvalitný zvukový výkon.

OPA2134

OPA2134 je vysokokvalitný duálny operačný zosilňovač. Je to vo svojej podstate veľmi všeobecný operačný zosilňovač, ktorý sa používa v širokej škále aplikácií v rôznych odvetviach, ako napríklad v audio systémoch, v oblasti merania, riadenia procesov, v komunikačných aplikáciách a ďalších. OPA2134 bol navrhnutý tak, aby poskytoval vynikajúce zosilnenie (120 dB (600 Ω)) a nízke skreslenie (0.00008%). Tento operačný zosilňovač tiež poskytuje nízky šum (8 nV/√Hz), vysokú rýchlosť (Slew Rate: 20 V/μs, Bandwidth: 8 MHz) a presnosť. V audio aplikáciách sa OPA2134 často používa ako zosilňovač pre vstupné signály, ako napríklad zvukové signály z mikrofónov alebo nástrojov, a tiež ako zosilňovač pre výstupné signály, ako napríklad pre slúchadlá alebo reproduktory. Vďaka svojej vysokokvalitnej konštrukcii je OPA2134 veľmi populárny medzi audiofilmi a hudobníkmi, ktorí vyhľadávajú vysokokvalitný zvukový výkon.

Na obrázku 1 je znázornený kompletný stereofónny obvod. Duálny zvukový operačná zosilňovač typu OPA2134 tvorí dva vstupné stupne (IC1A, IC1B), ktoré sú zodpovedné za zosilnenie napätia. Dvojica obvodov za nimi  BUF634A sa stará následne o zosilnenie prúdu. Jeho základné vnútorné zapojenie je na obrázku 2. Zvláštnosťou tohto integrovaného push-pull výstupného stupňa je jeho značne vysoká šírka pásma, ktorú možno elegantne nastaviť v rozsahu 35 až 210 MHz a to prostredníctvom rezistora Rx (Rxa, Rxb). Ak sa vynechá (nezapojí sa) rezistor Rx na obrázku 1 (Pin1 = otvorený), šírka pásma bude 35 MHz s kľudovým prúdom len približne 1,5 mA. Maximálna šírka pásma sa dosiahne, ak sa zvolí hodnota pre Rx (Rxa, Rxb) 0Ω. V takom prípade sa kľudový prúd zvýši na ešte vťdy únosných 8,5 mA.

Obrázok 1: Obvod kompletného slúchadlového zosilňovača vrýtane napájacej časti.

Obrázok 2: Princíp zapojenia  - bloková schéma integrovaného push-pull obvodu BUF634A.

Výstupný stupeň BUF634A môže dodávať prúd až 250 mA pre slúchadlá s impedanciou do 8Ω. Podrobné informácie a ďalšie užitočné informácie nájdete v jeho technickom liste. Aká šírka pásma, a aj aký kľudový prúd je správny pre naše zapojenie? Pre aplikáciu ako malý slúchadlový zosilňovač je zvyčajne malá šírka pásma do 35 MHz v poriadku a môžete sa preto zaobísť bez rezistorov Rx (Rxa, Rxb). Pri vyššiích záťažiach  však kľudový prúd zákonite stúpne, nakoľko musíte počítať s Rx = 0Ω. To platí aj pre operačné zosilňovače, ktoré nie sú tak stabilné pri jednotkovom zosilnení. Zas je dobré poznamenať, že kľudové prúdy pri extrémnych hodnotách sú pomerne ľahko nastaviteľné s inými hodnotami Rx (Rxa, Rxb).

Dolaďovanie a úpravy

Pomocou SMD komponentov môžete vytvoriť vynikajúci slúchadlový zosilňovač s minimálnym skreslením, veľmi nízkym šumom, vysokou šírkou pásma a na veľmi malej doske plošního spoja. Ale aj tí, ktorí majú radi klasické komponenty, nebudú mať žiadne problémy s týmto zapojením. IC1 - OPA2134 je k dispozícii aj v 8-pinovej verzii DIP a pre IC2 a IC3 BUF634A môžete použiť náhradu typu BUF634. Tento IC je stále k dispozícii v osempólovom púzdre DIP. Bude tiež fungovať, hoci je trochu pomalší, má o niečo vyšší kľudový prúd a už sa neodporúča pre nové konštrukcie.

Obrázok 3: Tento diskrétny obvod môže nahradiť integrovaný obvod BUF634A.

Možnou alternatívou je aj nahradenie integrovaného obvodu BUF634A diskrétnym obvodom ekvivalentným obvodom pozostávajúcich z malých signálnych tranzistorov T1 - BC556B a T2 - BC546B, ako je znázornené na obrázku 3 vyššie. Ďalej je tu pár polovodičových diód D1, D2 1N4148 a rezistorov a R1 a R2 (6.8 kΩ), ktorými nastavíte zosilnenie. Okrem toho by sa kvôli dobrej tepelnej stabilite malo zabezpečiť, aby D1 a D2 boli v priamom kontakte s T1 a T2. Ak je to potrebné, môžu byť aj spolu prilepené.

Keďže kľudový prúd závisí aj od napájacieho napätia, zosilňovač by sa mal prevádzkovať so stabilizovaným napájaním ±12V, napr. pomocou obvodov regulátora napätia 7812 a 7912. Pre 32Ω slúchadlá, postačuje napájanie ±100 mA. Pre 8Ω slúchadlá  je potrebný dvojnásobok. R7 - 22Ω potláča brum z potenciálnych zemných slučiek. Samozrejme, môžete experimentovať s inými typmi pre IC1 alebo T1 a T2 a získať dobré výsledky. Pri použití slúchadiel s impedanciou 32Ω a použití BUF634A nevznikajú žiadne problémy s teplom. Pri 8Ω a dlhšej dobe posluchu pri vysokej hlasitosti sa môžu integrované obvody pomerne dosť zahriať. Preto pri navrhovaní dosky dbajte na to, aby sa teplo odvádzalo cez dostatočne veľké plochy, alebo si vyberte 8-pinové púzdro DRB, ktoré má na spodnej strane "tepelnú podložku". Typ BUF634 (bez "A") je dokonca k dispozícii v ľahko chladenom púzdre TO-220 (BUF634T) alebo TO-263 (SMD).

Na vstupe je najlepšie použiť pokiaľ je to možné čo najkvalitnejšie kondenzátory pre C1 a C2. Pokiaľ si všimete tak na výstupe nie sú žiadne kondenzátory, pretože typické ofsetové napätie bude približne iba niekoľko mV, čo nespôsobuje výrazný pohyb napätia a prípadné kmitanie cievok slúchadiel. Ak však chcete mať absolútnu istotu, môžete medzi výstup a slúchadlá vložiť kondenzátor. Pre 32Ω impedanciu by bol vhodný bipolárny typ 470µF/25V. Pre 8Ω slúchadlá je potrebná kpacita najmenej 1000µF. Výstup zosilňovača je odolný proti skratu - ale nie, ak použijete náhradu BUF634 z obrázka 3.

Záver

Moderná analógová elektronika umožňuje vyrobiť pohodlne a jednoducho malé no kvalitné slúchadlové zosilňovače s výrazne audiofilskými vlastnosťami. Faktor skreslenia v rozsahu <0,01 % pri stredných hlasitostiach sú ľahko dosiahnuteľné a šum je vďaka dobrým vlastnostiam IC1 prakticky nepočuteľný. Zosilňovač môže dodať až 300 mW do 32Ω slúchadiel (a stále až 250 mW do 8Ω záťaže s dobrým chladením), čo je oveľa viac, než by ste mali ponúkniť svojim ušiam ak ich máte radi.

Zoznam komponentov

Rezistory
R1, R2 = 100 kΩ
R3, R4 = 1 kΩ
R5, R6 = 4,7 kΩ
R7...R9 = 22 Ω
Rxa, Rxb = pozri text

Kondenzátory
C1, C2 = 1 µF/25 V, fóliový
C3, C4 = 470 µF/16 V, elektrolytické
C5, C6 = 100 nF/25 V
C7...C10 = 1 nF/25 V, keramické

Polovodiče
IC1 = OPA2134
IC2, IC3 = BUF634A (pozri text)
Iné
K1 = zásuvka pre slúchadlá, stereo, 6,3 mm, alebo 3.5 mm

Zdroj : Elektor 01.02.2023