• หน้าแรก RS
• >
• แบบบทความ
• >
• บทความทั้งหมด
• >

• เครื่องขยายเสียงหูฟังราค ...

แน่นอนว่า ก่อนที่จะมีอุปกรณ์ตัวนี้ เรามีอุปกรณ์ขยายสัญญาณเสียงสำหรับหูฟังหลายแบบในตลาด ซึ่งประสบความสำเร็จและทำงานความซับซ้อนแตกต่างกันไป วงจรขยายสัญญาณเสียงที่เราจะพูดถึงกันในบทความนี้ประกอบได้ง่าย ให้คุณภาพเสียงค่อนข้างดี และใช้ชิ้นส่วนที่มีคุณภาพแน่นอน

ทุกวันนี้ การหาซื้ออุปกรณ์ขยายสัญญาณเสียงสำหรับหูฟังที่จำหน่ายแยกในร้านค้าไม่ใช่เรื่องง่าย อย่างไรก็ตาม พวกมันมีวางจำหน่ายตามร้านค้าต่างๆ โดยเฉพาะในร้านอุปกรณ์ hi-fi ทั้งหลาย ซึ่งแน่นอนว่ามีราคาสูงตามไปด้วย วงจรที่เรานำเสนอในบทความนี้มีประสิทธิภาพด้อยกว่าวงจรไฮเอ็นด์เหล่านี้เล็กน้อย แต่สามารถประกอบได้โดยใช้ชิ้นส่วนที่ซื้อหาได้ง่ายและให้คุณภาพเสียงค่อนข้างดี

วงจร

วงจรขยายสัญญาณเสียงตัวนี้อาจเรียกได้ว่าเป็นพาวเวอร์แอมป์ชนิดหนึ่งที่ประกอบขึ้นจากชิ้นส่วนต่างๆ (ดูภาพประกอบ 1) ในส่วนอินพุต เราจะเห็นตัวควบคุมเสียง (P1 ซึ่งเชื่อมต่อผ่านเฮดเดอร์) และตัวเก็บประจุเชื่อมต่อ (C1) ตามด้วยแอมป์ดิฟเฟอร์เรนเชียล (T1, T2) และแหล่งจ่ายกระแสคงที่ (T3) ในขาอิมิเตอร์ ส่วนที่อยู่ระหว่าง T1 และ T2 (P2) คือส่วนที่ติดตั้งมาเรียบร้อยแล้ว ซึ่งมีหน้าที่สร้างสมมาตร กล่าวคือ แรงดันเอาท์พุตจะถูกกำหนดให้เท่ากับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ 0 โวลต์เมื่อเปรียบเทียบกับกราวน์ เพื่อให้ได้คุณภาพเสียงดีที่สุด กระแสคอลเลคเตอร์ (Collector Current) ที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์ทั้งสองตัวจะต้องมีปริมาณเท่ากัน ดูได้จากแรงดันที่จุดทดสอบ F และ G ในแผนผังวงจร ซึ่งเกือบจะเท่ากัน ออฟเซ็ตทางอินพุต (Input Offset) ของ R1 เกิดจากกระแสเบส (Base Current) ที่ไหลเข้าสู่ T1 ซึ่งทำให้แรงดัน ณ จุด A (V(A)) เป็นลบเล็กน้อย ผลจากการวัดค่าวงจรแม่แบบอย่างคร่าวๆ แสดงให้เห็นว่ากระแสเบสที่ไหลเข้าสู่ T1 อยู่ที่ประมาณ 3 μA หากไม่มีการชดเชยการออฟเซ็ตจาก Trimpot P2 แรงดันออฟเซ็ตทางเอาท์พุต VO จะสูงเกิน 0.2V:

VO = (1 + R6/R5) × V(A)
VO = (1 + 10/1.5) × 0.028 = 0.215 V

ภาพประกอบ 1 วงจรอุปกรณ์ขยายเสียงสำหรับหูฟังใช้ชิ้นส่วนวงจรที่หาซื้อได้ง่าย

ดังนั้น เราจึงนำออฟเซ็ตออกได้ด้วยการกำหนดให้แอมป์ดิฟเฟอร์เรนเชียลทำงานไม่สมมาตรกันเล็กน้อย ถึงแม้ว่านี่จะไม่ใช่วิธีที่ดีที่สุดในแง่ของคุณภาพเสียง แต่ก็ทำให้วงจรเรียบง่ายขึ้นกว่าเดิมมาก

การตั้งกระแสคงที่

ปริมาณแหล่งจ่ายกระแสในขาอิมิเตอร์ (T3) จะกำหนดให้อยู่ที่ 3 mA ด้วยไดโอด D1, D2 และรีซิสเตอร์ R4 ซึ่งจะทำให้ T4 ถูกขับในลักษณะเชิงเส้นมากที่สุด จากนั้น สัญญาณเสียงจะเข้าสู่ภาคขับ (Driver Stage) โดยใช้ T4 ซึ่งจะขับทรานซิสเตอร์เอาท์พุตที่มีกำลังมากขึ้น (T6 และ T7) ในขั้นตอนนี้ C4 จะเพิ่มอัตราการขยายภายในวงจรขึ้นไปอีก ส่วน T5 และ R9 จะกำหนดปริมาณกระแสปกติในภาคเอาท์พุต (Output Stage) ให้อยู่ที่ประมาณ 5 mA สมมุติว่าอัตราการขยาย (hFE) ในทรานซิสเตอร์เอาท์พุตคือ 50 ในทางทฤษฎี กระแส 5 mA จะได้ค่าเชิงเส้นเป็น 0.005 A×50×32Ω = 8 Vpeak เป็น 32 Ω อย่างไรก็ตาม แหล่งจ่ายกระแสคงที่ T5 และแรงดันไฟฟ้าตกในส่วนรอยต่อเบส-อิมิเตอร์ T7 (ประมาณ 1.5V) ทำให้เกิดข้อจำกัดบางประการ ในการคำนวณ เราควรพิจารณาการแบ่งแรงดันรอบ R11 และ R12 (R10 และ R12) ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าสูงสุด (Vmax) ตลอดโหลด (RL) คือ

Vmax = RL / (RL + R11 + R12) × (9 – 1.5) Vmax = 4.6 Vpeak

ผลลัพธ์ที่ได้อยู่ที่ประมาณ 3.26 Vrms ซึ่งเป็นค่าที่เราวัดได้ตามที่ระบุไว้ในข้อมูลจำเพาะ นั่นหมายความว่า วงจรให้กำลังขยาย (3.262/32) = 330 mW ที่ 32 Ω ซึ่งให้คุณภาพเสียงที่น่าพอใจสำหรับคนรักเพลงป๊อปและร็อค หลังจากภาคเอาท์พุต รีซิสเตอร์ R12 จะจำกัดกระแสเอาต์พุตและรักษาความเสถียรของวงจรขณะที่มีการเชื่อมต่อโหลดชนิดคาปาซิตีฟ เช่น ต่อสายไฟหุ้มฉนวนยาวๆ เข้ากับเฮดโฟน วิธีนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้ทรานซิสเตอร์เอาท์พุตร้อนเกินไปเมื่อเกิดการลัดวงจร ส่วน R10 และ R11 จะรักษาความสมมาตรในวงจรไว้ ค่าแบนด์วิธจะยังคงสูงกว่าแบนด์วิธสัญญาณเสียงมากไม่ว่าค่าของ C2 ในวงจรป้อนกลับ (Feedback Circuit) จะเป็นเช่นไร หากต้องการให้ความถี่หักมุม (Corner Frequency) ต่ำที่ด้านอินพุต เราจะใช้ตัวเก็บประจุ C1 ที่มีความจุ 4.7 μF อย่างไรก็ตาม ตัวเก็บประจุที่มีความจุ 2.2 μF (ซึ่งหาซื้อได้ง่ายกว่า) จะให้ค่าความถี่หักมุม 7 Hz (–0.6 เดซิเบลที่ความถี่ 20 Hz) ซึ่งเป็นค่าที่ยอมรับได้ ค่าที่วัดได้จากวงจรต้นแบบตัวหนึ่งของเราแสดงไว้ในแผนผังวงจร ค่าเหล่านี้ควรใช้เป็นแนวทางไม่ใช่ข้อกำหนดตายตัว รอยต่อ PN (PN Junction) และอัตราการขยายของทรานซิสเตอร์ (รวมทั้งไฟเลี้ยงที่แสดงในข้อมูลจำเพาะ)อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับผู้ผลิต

การทดลอง

สำหรับผู้ที่ไม่สนใจว่าหูฟังจะมีสัญญาณรบกวนนิดหน่อย (แม้ว่าสัญญาณรบกวนเหล่านี้จะไม่ได้ยินในหูฟังส่วนใหญ่ก็ตาม) คุณสามารถเพิ่มความต้านทานของวงจรป้อนกลับเป็น 10 kΩ โดยประมาณ ซึ่งทำได้โดยเพิ่มความต้านทานของ R5 และ R6 ในวงจรขนานเป็น 10 kΩ ในกรณีนี้ กระแสเบสของ T1 และ T2 จะชดเชยซึ่งกันและกัน หากคุณชอบการทดลอง คุณสามารถใช้รีซิสเตอร์ที่มีความต้านทาน 12 kΩ แทน R5 และใช้รีซิสเตอร์ที่มีความต้านทาน 68 kΩ แทน R6 ได้ (ผู้ที่ชอบความสมบูรณ์แบบควรใช้รีซิสเตอร์ที่มีความต้านทาน 11.5 kΩ และ 76.8 kΩ ในตระกูล E96) การทำเช่นนี้อาจไม่ได้เพิ่มคุณภาพเสียงอย่างเห็นได้ชัด แต่ก็อาจจะช่วยปรับปรุงคุณภาพเสียงขึ้นมาเล็กน้อย

การประกอบวงจร

คุณสามารถสั่งซื้อแผงวงจรพิมพ์ลายที่ออกแบบมาสำหรับการประกอบวงจรขยายสัญญาณเสียงหูฟัง (ดูภาพประกอบ 2) ผ่าน [1] และดาวน์โหลดแผงผังวงจรในรูปของเอกสาร PDF จากที่นั่นได้ด้วย ดูภาพแผนผังชิ้นส่วนได้ในภาพประกอบ 3 เช่นเคย วิธีที่ง่าย ที่สุดในการประกอบวงจรคือเริ่มประกอบชิ้นส่วนที่อยู่ด้านล่าง (รีซิสเตอร์, ไดโอด) จากนั้นจึงค่อยๆ ประกอบชิ้นส่วนที่อยู่ด้านบนของแผงวงจรไล่ขึ้นไปเรื่อยๆ (ตัวเก็บประจุ, ทรานซิสเตอร์ เข็มขั้วต่อ)

ภาพประกอบ 2 วงจรที่ประกอบเสร็จแล้วมีขนาดกะทัดรัด แม้ว่าจะไม่มี SMD ก็ตาม

ภาพประกอบ 3 แผนผังชิ้นส่วนวงจรขยายเสียงสำหรับหูฟัง

หากต้องการอุปกรณ์ขยายเสียงแบบสเตอริโอ คุณต้องใช้แผงวงจรสองอันและต้องใช้โพเทนติโอมิเตอร์สเตอริโอแทน P1 ทั้งนี้เพื่อให้สามารถควบคุมเสียงทั้งสองช่องทางได้พร้อมกัน หากแหล่งสัญญาณเสียง (Audio Source) มีตัวควบคุมอยู่แล้ว ไม่ต้องใช้ P1 ก็ได้ (ติดตั้งจั๊มเปอร์บนเฮดเดอร์ หรือบัดกรีลวดเชื่อมบนแผงวงจรระหว่างเข็ม 1 กับ เข็ม 2 ของเฮดเดอร์ แทนที่จะบัดกรีลงบนเฮดเดอร์) ความต้านทานด้านอินพุตขั้นต่ำของวงจรที่เราแนะนำ (ซึ่งติดตั้ง P1) อยู่ที่ 5 kΩ (กำหนด P1 ให้เสียงดังสุด) ซึ่งไม่น่าจะเป็นปัญหาสำหรับแหล่งเสียงส่วนใหญ่ในปัจจุบัน สังเกตการเว้นระยะเข็มของตัวเก็บประจุแยกสัญญาณ (Decoupling Capacitor) C1 โดยแผงวงจรจะมีสองแบบคือ 5 มม. และ 7.5 มม. ในส่วนแหล่งจ่ายพลังงานนั้น คุณสามารถใช้แบตเตอรี่ 9V ได้ หรืออาจจะใช้หม้อแปลง 2x6 V, 5 VA ที่มาพร้อมวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ (Bridge Rectifier) 1.5A และ 8200 μF/16 V ต่อรางไฟฟ้า (Supply rail) ในกรณีนี้สามารถติดตั้งตัวรักษาแรงดันไฟฟ้า (Voltage regulator) หนึ่งคู่ด้วยก็ได้ ในทางปฏิบัติแล้ว ทรานซิสเตอร์เอาท์พุต (T6 และ T7) อาจไม่จำเป็นต้องใช้แผ่นระบายความร้อน (Heatsink) ก็ได้ อย่างไรก็ตาม แผ่นระบายความร้อนเล็กๆ สักชิ้นหนึ่งช่วยป้องกันการลัดวงจรได้ เราตัดสินใจที่จะประกอบวงจรนี้เข้ากับ Elektor ProjectCase [2] ซึ่งทำได้ง่ายมาก แอมป์ที่ได้มีลักษณะโดดเด่นและสวยงาม มองเห็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชัดเจน

ภาพประกอบ 4 เมื่อประกอบเข้ากับ ProjectCase จะเห็นวงจรได้อย่างชัดเจน