Для начала посмотрим характеристики LM358. Для этого найдем даташит на этот ОУ и обратим внимания на вот эту таблицу.
Из таблицы мы видим, каким напряжением можно питать lm358, это от 3 вольт до 30 при однополярном питании. Мой выбор остановился на 5 вольтах, так как это напряжение можно взять откуда угодно - хоть с порта USB, хоть с павербанка.
Дальше надо определится со схемой, это будет классическая схема усилителя на ОУ с отрицательной обратной связью. За основу возьмем схему из даташита и немного ее доработаем.
Резисторы RG и RF отвечают за глубину обратной связи, регулируя коэффициент усиления. Резистор RIN ограничивает входной сигнал. Перед RIN поставим конденсатор, дабы отсечь постоянный ток, а RG можно сделать переменным, чтоб регулировать громкость. По питанию в обязательном порядке поставим электролитический конденсатор для того, чтоб не было краткосрочных просадок напряжения питания.
После сборки тестового образца звук был настолько ужасным, что схему пришлось существенно переделать. В итоге от того примера, что в datasheet, пришлось немного отступить. Путем вычислений а так же проб и ошибок сформировалась вот такая вот схема. Получился полноценный усилитель, который я нагрузил не наушниками, а 15-ти ваттными колонками сопротивлением 4 Ома. Усилитель конечно же не выдаст подобной мощности, просто эти колонки были в наличии.
Давайте разберем эту схему по порядку, что и зачем тут стоит. Первым делом начнем с конденсаторов C1 и C2. Изначально планировалось поставить керамические конденсаторы небольшой емкости, но практика показала, что лучше всего подошли конденсаторы большой емкости. Сначала поставил на 1 mF неполярный и это привело к громадным искажениям, при попытке подать сигнал в обход конденсатора искажения пропадали. Пробовал различные конденсаторы, в итоге лучше всего звучат электролитические конденсаторы, которые покупались мной для материнской платы. Возможно дело в ESR или в коэффициенте гармоник, которые напрямую зависят от качества конденсаторов и эти просто оказались более качественными, нежели остальные имеющиеся. К сожалению, замерить ESR или коэффициент вносимых гармоник не представляется возможным из-за отсутствия соответствующей измерительной аппаратуры.
Резисторы R1 и R2 на 22 Ома поставил дабы компенсировать высокое входное сопротивление микросхемы, выбор номинала обусловлен сопротивлением наушников, вместо которых подключается данный усилитель.
Резисторы R3, R4, R5 и R6 формируют отрицательную обратную связь. Изменяя значения резисторов R3 и R4 можно регулировать громкость, поэтому вместо них можно поставить один переменный сдвоенный резистор. Я предпочел поставить постоянный и регулировать громкость на телефоне, к которому подключал данный усилитель.
Конденсаторы C3 и C4 емкостью 0,47 микрофарад выступают фильтрами, без них очень сильные искажения на высоких частотах. Это электролитические конденсаторы китайского производства и я подозреваю, что именно из-за своего качества (ESR и высокий коэффициент вносимых гармоник) они делают звук качественнее. Это как раз тот случай, когда плохое качество деталей улучшает схему. Хотя может быть я ошибаюсь и они просто выступают в роли фильтра.
Если поставить параллельно R5 и C3 переменный резистор номиналом 10-50 кОм и конденсатор 47 нанофарад, можно получить фильтр высоких частот. Получится усилитель с регулятором баса, но для этого такое же изменения надо внести и во второй канал.
Переходим к конденсаторам C5 и C6. Они отфильтровывают постоянный ток на выходе усилителя, и с ними та же ситуация, что и с конденсаторами на входе. Поставил те, которые предназначались для установки на материнскую плату компьютера, с другими попросту растут искажения. И это даже учитывая то, что данные электролиты я покупал лет 7-10 назад и за период хранения их характеристики должны были бы ухудшиться.
Резисторы R7 и R8 компенсируют низкий импеданс нагрузки, без них очень сильные искажения. Поставил номиналом в 22 Ома, по примеру тех же наушников.
В качестве нагрузки выступают советские колонки 15 ватт - то, что было в наличии. Звук вполне приличный, на максимуме громкости телефона есть искажения, но уже на 70-80 процентах их нет. Вместо колонок можно смело подключать наушники, только изменить номинал резисторов на выходе до 5-10 Ом, например. Хотя можно и не изменять, дабы не сжечь наушники или не оглохнуть самому.
Микросхема LM358P китайского производства, заказана с али.
Усилитель собран на макетной плате, вот что получилось в итоге.
На схеме не указан конденсатор, который я поставил между плюсом и минусом питания, это электролит на 470 микрофарад. Питал сей девайс от обычной телефонной зарядки 5 V 750 mA, замеры показали, что просадок напряжения нет и потребления тока совсем смехотворное - 10-15 mA. С оглядкой на то, что в схеме на входе и выходе стоят конденсаторы на 10 вольт, я все же рискнул подать питание 12 вольт, дабы посмотреть как изменится звук. Усилитель выдержал данное испытание более чем достойно, увеличив немного громкость звучания и при этом не внося искажений в звук. Потребление по току увеличилось до 20 mA.
В заключение скажу, что если вам нужен стенд для проверки операционных усилителей, то этот усилитель звука с однополярным питанием вполне подходящий вариант. С учетом того, что схема собрана на макетной плате, то для проверки большого количества LM358 просто вытаскиваем одну микросхему и ставим вместо нее другую. Если выполнить все на печатной плате - то надо ставить dip-панельку для удобства замены микросхем.
Что касается сложности - то собрать своими руками на коленке за 20 минут при наличии необходимых деталей даже ребенок сможет.
