Schemi Elettrici - Amplificatore per cuffie - Similar Cmoy

SBOMB-AMP 1.1 Similar Cmoy (Headphone Amplifier)

Introduzione

Il seguente progetto è un amplificatore di piccola potenza di facile realizzazione ideale per aumentare il volume delle proprie cuffie. 

Raccomandazioni

Questo strumento si può utilizzare quando vi è un evidente carenza di volume e qualità sonora sulle cuffie. Si consiglia, quindi, in linea di principio di non esagerare mai con il volume in quanto un volume troppo elevato può danneggiare seriamente l'udito. Si consiglia inoltre di leggere tutto l'articolo senza saltare subito allo schema elettrico e di fare attenzione alle note esplicative sotto tutte le immagini. L'intero progetto è testato e sviluppato utilizzando l'integrato operazionale NE5532 della Texas, l'utilizzo di altri integrati, seppur in teoria possibile, non è stato da me in pratica verificato.

Descrizione del progetto

Il cuore del circuito è il sempre verde NE5532, un integrato prodotto dalla Texas Instruments contenente due amplificatori operazionali a basso rumore. Consultare il datasheet prima di un'eventuale realizzazione al seguente link:http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sa5532.pdf. In figura 1 è riportato lo schema elettrico dell'amplificatore con un range di valori per la scelta delle resistenze R2 ed R5 (che devono comunque essere uguali tra loro) che determinano il guadagno. 

Fig.1

Le porte del connettore J1 partendo dalla parte dell'1 rappresentano: INleft,MASSAleft,MASSAright,INright. Le porte di J2 partendo dalla parte dell'1 sono: OUTright,MASSAright,MASSAleft,OUTleft. Infine il connettore J3 rappresenta l'alimentazione ed è connesso ai pidini 8 e 4 che vanno connessi come specificato in figura 2. Le resistenze sono da 1/4 di Watt. ATTENZIONE1: Il guadagno per i due canali è dato da:  1 + (R3/R2) e 1 + (R6/R5). La scelta del guadagno, quindi del rapporto tra le resistenze, dipende dall'applicazione e dai gusti personali della qualità sonora. ATTENZIONE2: Si nota dallo schema che non sono presenti i condensatori di uscita sempre opportuni per proteggere le cuffie da eventuali correnti continue, dovute a malfunzionamenti, che le possono danneggiare. Valutare, quindi, l'ipotesi di inserirli consultando il web e scegliendo un valore consono all'applicazione per non influire sulla qualità sonora.

Il funzionamento si basa sulla tipica configurazione non-invertente del suddetto circuito operazionale. Per avere uno schema il più versatile possibile, quindi poter scegliere in sede progettuale il guadagno che più ci convince,  possiamo mantenere costanti le resistenze R3 ed R6 e variare il valore, in egual misura per entrambe, delle resistenze R2 ed R5. Le formule per calcolare il guadagno di un operazionale possiamo trovarle su wikipedia al seguente link: https://it.wikipedia.org/wiki/Amplificatore_operazionale. Nel nostro caso il guadagno per i due canali è dato da:  1 + (R3/R2) e 1 + (R6/R5). Abbiamo quindi un valore numerico che va da circa 5,5 se si scelgono R2 ed R5 pari a 2,2 Kohm a un minimo di circa 3 se si scelgono R2 ed R5 pari a 4,7 Kohm. Si possono ovviamente ottenere guadagni ancora più elevati diminuendo ancora le R2 ed R5 o in alternativa aumentando le R3 ed R6 ma questo potrebbe comportare un aumento dell'alimentazione per evitare un'eventuale saturazione che è non sempre possibile e comunque dipende dall'integrato e dai parametri del circuito. In questo caso è stato testato l'ne5532 su cuffie da 250 ohm di impedenza ottenendo una buona qualità con un gain pari a 5,5 e 12 Volt di alimentazione (duali + 6 -6 ). Per quanto riguarda i condensatori presenti in ingresso sono ceramici corazzati con valore di 0.68 uF che insieme alle resistenze di 15 Kohm creano un filtro RC passa alto che blocca le basse frequenze fino ad una frequenza di taglio fissata a circa 15Hz e lascia passare le altre. Se si vogliono esaltare i bassi si può provare ad aumentare il loro valore di capacità. Si consiglia, per il segnale di ingresso, di utilizzare sempre condensatori ceramici o in poliestere. 

In uscita sono state aggiunte due resistenze opzionali da 22 Ohm. Si nota dallo schema che non sono presenti i condensatori di uscita sempre opportuni per proteggere le cuffie da eventuali correnti continue, dovute a malfunzionamenti, che le possono danneggiare. Valutare, quindi, l'ipotesi di inserirli consultando il web e scegliendo un valore consono all'applicazione per non influire sulla qualità sonora. L'alimentazione necessaria per un corretto funzionamento è di tipo duale e viene realizzata tramite il semplice circuito di figura 2 che dimezza ed inverte la tensione di alimentazione rendendola duale. Nel caso in questione la scelta è ricaduta su 12 Volt cioè + 6 Volt al piedino 8 e - 6 Volt al piedino 4. Tutti i valori (in ohm e in watt) delle resistenze e (in farad e in tensione massima)dei condensatori nello schema di figura 2 sono stati calcolati considerando 12 Volt di tensione. Inoltre con 12 volt di alimentazione, quindi +6 V e - 6 V, si rispettano anche i limiti di tensione duale dell'integrato, in quanto per l'NE5532 possiamo arrivare a +15 V e -15 V massimi e +5 V e -5 V minimi.

Fig.2

In figura 2 è specificato di utilizzare una tensione di alimentazione da 12 volt  e resistenze da 1/4 di Watt. Il polo positivo è dalla parte del connettore 1, le uscite vanno al piedino 8 +Vcc/2 e al piedino 4 -Vcc/2 dell'integrato tramite il connettore J3, alla massa generale vanno portate tutte le masse del circuito. ATTENZIONE1 non connettere il polo negativo della batteria a massa, perché in questo caso la massa vera e propria è simulata dalla "massa generale" di questo circuito di alimentazione. ATTENZIONE2 utilizzare dei condensatori elettrolitici che abbiano una tensione ai capi massima applicabile molto superiore a quella dell'alimentazione nel caso siano connessi in parallelo ad essa, o comunque molto superiore a quella che si verrebbe a trovare ai loro capi in qualsiasi altra parte del circuito siano connessi,  ed avere massima cura di non sbagliare il verso di polarizzazione (i terminali sono polarizzati ed il segno è indicato dal costruttore). ATTENZIONE3: Ovviamente non si può aumentare la tensione fino a superare la tensione massima di alimentazione del nostro integrato e dei condensatori andando incontro alla rottura dell'intero circuito. Inoltre cambiando il valore dell'alimentazione (differente da 12 V) va valutato se ricalcolare le resistenze in termini di valore in ohm e di watt dissipabili oltre che sostituire alcuni condensatori elettrolitici con altri più robusti (più volt ai capi sostenibili). Per l'ne5532 l'alimentazione minima è +5 V -5 V e +15 V -15 V quella massima, riprogettando i parametri del circuito non si può comunque andare mai oltre questi limiti.

Nella realizzazione sono state modificate alcune cose rispetto allo schema elettrico iniziale, ad esempio sono stati aggiunti  due condensatori ceramici che portano a massa i piedini 8 e 4 dell'integrato da 0.27 uF. Questi condensatori sono stati inseriti per ridurre i fastidiosi ronzii in alta frequenza ma in realtà dovrebbero avere un valore di capacità più basso, nella teoria pari a 100nF. Inoltre sono stati curati nei dettagli tutti i collegamenti posti a massa (masse a stella ed equilibrate)  onde evitare disturbi dovuti a "loop di massa" e annullare ogni segnale indesiderato. Riguardo ai condensatori elettrolitici C3 e C4 si consiglia di mettere un valore minimo pari a 220uF 25 Volt come da schema, nella realizzazione sono stati portati fino a 1000uF 25 Volt questo dipende dallo spazio del contenitore che si ha a disposizione. Per quanto riguarda il condensatore da 1000uF 25 Volt, in parallelo all'alimentazione, quest'ultimo è stato portato a 2200uF 25 Volt. Nello schema di figura 2 utilizzare sempre dei condensatori elettrolitici che abbiano una tensione ai capi massima applicabile superiore a quella effettivamente applicata ai loro capi ed avere massima cura di non sbagliare il verso di montaggio e polarizzazione di questi ultimi. Per la scelta del guadagno si consiglia di fare delle prove in base alle cuffie che si vogliono amplificare. Si sconsigliano auricolari.

Fig 3.
Si nota il pacco batterie aggiunto nel retro per avere 12 volt. ATTENZIONE: se si diminuisce il guadagno e si sceglie un integrato che supporti un'alimentazione sotto i + 5 V e - 5 V duali l'amplificatore funziona anche a 9 volt cioè +4,5 V - 4,5 V duali. Però l'NE5532 è al limite del suo funzionamento con una singola batteria da 9 volt in quanto ha una tensione minima di +5 e -5. Per questi motivi la saturazione ed una cattiva qualità sonora andando sotto questi valori di alimentazione è molto probabile. Se si aumenta l'alimentazione e si valuta se occorre ricalcolare eventualmente alcune resistenze in ohm e anche in termini di watt dissipabili, oltre che sostituire alcuni condensatori elettrolitici (come quello in parallelo all'alimentazione che sostiene solo 25 volt massimi), con l'NE5532 non si possono comunque superare i +15 V e -15 V. 

Vista la semplicità del circuito è possibile realizzarlo su una basetta millefori cercando di semplificare i collegamenti studiando una buona disposizione dei componenti. In questo caso non è stato previsto il controllo del volume che è regolato agendo direttamente sulla fonte a cui fa capo il segnale musicale. L'interruttore che controlla l'accensione è posto frontalmente ed è collegato in modo da connettere o disconnettere l'alimentazione nel terminale positivo a monte del circuito di polarizzazione di figura 2. Il led verde è da 3 mm e la sua resistenza di polarizzazione è stata sovradimensionata in Ohm, quest'ultimo indica l'accensione del circuito. Gli ingressi e le uscite sono saldati a due prese jack stereo da 3,5 mm. In conclusione considerando il buon rapporto qualità\prezzo quest'amplificatore rappresenta un'ottima alternativa a prodotti più costosi se lo si vuole utilizzare per aumentare il volume del proprio lettore mp3 senza spendere molto e senza pretendere una qualità eccezionale.

N.B.1 
Il progetto è basato sullo schema del famoso CMoy che svolge egregiamente il suo lavoro con gli integrati OPA2134 della BurrBrown e poi modificato secondo le proprie esigenze e reperibilità dei componenti.

N.B.2
Descrizione del progetto a puro scopo informativo l'autore non si assume nessuna responsabilità per danni a persone o cose riconducibili direttamente o indirettamente a questo articolo.

PER LA SALUTE DELLE VOSTRE ORECCHIE NON ESAGERARE CON IL VOLUME, QUESTO STRUMENTO E' UTILIZZABILE SOLO DOVE VI SIA UN EVIDENTE CARENZA DI VOLUME. 

Fonti:http://gilmore2.chem.northwestern.edu/projects/cmoy2_prj.htm

Alessandro