История этого проекта началась с того, что понадобился простенький микшер, чтобы объединить звук двух устройств в одних наушниках. На удивление не удалось найти ничего маленького и удобного в использовании, с батареечным питанием. Имеется ввиду готового, в продаже по интернет магазинам. Поэтому решено спроектировать девайс самому.

К этому простому аудиомикшеру можно подключить выход на наушники двух устройств и микшировать их в один выход. Например, подключение телефона и цифрового пианино, если вы хотите заниматься на инструменте в наушниках и при этом иметь музыку с телефона, играющую фоном.

Схема предусилителя имеет плоскую кривую усиления от 20 Гц до 20 кГц в акустическом диапазоне. В результате звук, проходящий через схему, останется максимально качественным.

Полная схема устройства показана выше. А далее объясним как работает каждый модуль, что он делает и почему он находится тут.

Питание

Все начинается с напряжения. Схема питается от 5 В – от блока питания USB, так как они есть практически везде, а сам микшер не потребляет много электроэнергии. Кроме того, был использован разъем micro USB, потому что у всех много лишних кабелей такого типа.

Напряжение 5 В от USB подается через небольшую ферритовую бусину. Она не пропускает высокие частоты – здесь речь идет о МГц. В результате в схему не может быть передан никакой высокочастотный шум.

Затем питание поступает на изолированный DC/DC преобразователь. Он преобразует напряжение с входа USB 5 В в изолированное 5 В. Таким образом, схема гальванически изолирована от источника питания. В первой версии не использовалась изоляция, но это создавало проблемы при подключении микшера к компьютеру – образовывались контуры заземления, что приводило к большому количеству нежелательных шумов на выходе. Благодаря изоляции этих проблем уже не возникает.

Небольшой светодиод также подключен к источнику питания на вторичной стороне инвертора, чтобы указать наличие 5 В.

Звуковой микшер состоит из операционных усилителей. Для обработки звука они должны питаться от симметричного блока питания. Для генерации симметричного напряжения использовался преобразователь LM2664 с переключаемым конденсатором. Он инвертирует входное напряжение. Это означает, что при подаче 5 В от USB он формирует -5 В. Благодаря этому операционные усилители могут питаться эффективным напряжением 10 В с землей посередине.

Входной каскад

Входной каскад (две идентичные схемы для двух каналов) сначала нагружает сигнальные линии сопротивлением 1 кОм. Это стандарт для линейных входов. В идеале сюда нужно вставить 33 Ом для имитации сопротивления наушников, но вряд ли это необходимо. Судя по всему, при более низком сопротивлении получаем немного лучшее качество звука, но это в действительности зависит от типа драйвера в самом устройстве вывода. Более того, входная нагрузка устраняет шум, когда к входному разъему ничего не подключено. Затем сигнал фильтруется двумя полиэфирными конденсаторами. Это удаляет нежелательные сигналы постоянного тока.

Первый каскад операционного усилителя сконфигурирован как простой сумматор с усилением 1, смешивающий левый и правый каналы в один. Конденсатор емкостью 100 пФ, подключенный параллельно резистору обратной связи, ограничивает верхний предел частоты. Таким образом усилитель не должен усиливать шум до очень высокого значения, что ограничивает общий уровень шума в схеме.

Операционные усилители — OPA4316. Они довольно хороши, но их можно изменить на OPA4134, чтобы уменьшить уровень шума.

Потенциометр на первом каскаде регулирует громкость соответствующего канала. На выходе стоит конденсатор. Это помогает уменьшить звук поворота ручки.

Здесь простой сумматор с коэффициентом усиления 1. Этот каскад смешивает звук с обоих входов устройства вместе.

Конденсатор должен снова ограничить верхний частотный диапазон до 30 кГц. На втором каскаде есть потенциометр мастер-громкости, который управляет общей громкостью, идущей от коробки к наушникам или любому другому устройству.

Третий каскад — усилитель для наушников. Сигнал снова фильтруется двумя конденсаторами из полиэстера. TPA6111A2 — усилитель для стереонаушников с выходной мощностью 150 мВт. Он подключается для достижения коэффициента усиления равного 1. В принципе он очень похож на обычный операционный усилитель, с той разницей, что его выход способен управлять большей нагрузкой — наушниками. На выходах установлены два электролитических конденсатора по 470 мкФ. Они отделяют выходной аудиосигнал от составляющей постоянного тока. Емкости 470 мкФ достаточно, чтобы перекрыть весь необходимый диапазон звуковых частот.

Разделитель земли

На схеме есть три символа – DGND и AGND, и USB_GND.

• USB_GND — это входная земля (ПК или USB-зарядное устройство), гальванически развязанная от остальной цепи изолированным DC/DC-преобразователем.
• DGND — это масса с более высоким уровнем шума. На ней стоит отключаемый преобразователь емкости, который работает на частоте около 160 кГц. Хотя сам тон не будет слышен, он может вызвать нежелательные помехи в аудиосигнале, если он будет подключен к этому выходу.
• Весь путь аудиосигнала находится на потенциале AGND — аналоговой земле. В аудиосистеме особо чувствительные части схемы следует размещать на отдельной, свободной от помех линии. Эта масса соединена ферритовой бусиной. Она имеет высокое сопротивление на высоких частотах и низкое сопротивление на низких. Поэтому не пропускает высокочастотный шум.

Обе массы четко отделены друг от друга на печатной плате.

Здесь двухслойная печатная плата размером 80 x 55 мм, которая помещается в корпус из алюминия.

Пассивные компоненты имеют размер 0805 – их не так уж сложно паять вручную, так что проект отлично подходит для сборки даже радиолюбителям с небольшим опытом.

Транзисторная схема

И под конец простейший вариант схемы аудиомикшера, чисто на транзисторах. По параметрам и удобству он уступает, но во многих случаях есть смысл собрать именно его, как более дешевую и доступную альтернативу.