Схема усилитель звука. Как собрать усилитель звука своими руками: схемы и пошаговые инструкции

Эта схема позволяет получить высококачественный стереоусилитель с минимумом внешних компонентов. Для работы требуется двухполярное питание ±35В.

Особенности изготовления усилителей высокой мощности

При сборке мощных усилителей звука (более 100 Вт) необходимо учитывать следующие особенности:

• Требуется мощный источник питания с хорошей фильтрацией
• Необходимо обеспечить эффективное охлаждение выходных транзисторов
• Важно правильно рассчитать цепи защиты от перегрузки
• Монтаж силовых цепей должен выполняться проводами большого сечения
• Необходима тщательная экранировка чувствительных цепей

Сборка мощных усилителей требует опыта и знаний в области аудиотехники. Новичкам рекомендуется начинать с усилителей малой и средней мощности.

Как улучшить качество звучания самодельного усилителя

Для повышения качества звучания собранного своими руками усилителя можно предпринять следующие меры:

• Использовать качественные аудиофильские компоненты в критичных цепях
• Применить симметричную компоновку элементов на плате
• Обеспечить стабильное питание с минимумом пульсаций
• Использовать толстые медные проводники для силовых цепей
• Тщательно экранировать входные цепи усилителя
• Применить высококачественные разъемы и кабели

Важно помнить, что даже простой усилитель при грамотной реализации может обеспечить очень хорошее качество звучания. Не стоит чрезмерно усложнять схему в погоне за мнимым улучшением параметров.

УСИЛИТЕЛИ ЗВУКА СВОИМИ РУКАМИ

В этой статье мы поговорим об усилителях. Они же УНЧ (усилители низкой частоты), они же УМЗЧ (усилители мощности звуковой частоты). Эти устройства могут быть выполнены как на транзисторах, так и на микросхемах. Хотя некоторые радиолюбители, отдавая дань моде на винтаж, делают их по старинке — на лампах. Здесь советуем посмотреть отличный сборник схем. Особое внимание начинающих хочу обратить на микросхемы автомобильных усилителей с 12-ти вольтовым питанием. Используя их можно получить довольно качественный звук на выходе, причем для сборки практически достаточно знаний школьного курса физики. Порой из обвеса, или говоря другими словами, тех деталей на схеме, без которых микросхема не будет работать, на схеме бывает буквально 5 штук. Одна из подобных, усилитель на микросхеме

Усилитель на микросхеме TDA1557Q

Такой усилитель в свое время был собран мною, пользуюсь уже несколько лет им вместе с советской акустикой 8 Ом 8 Вт, совместно с компьютером. Качество звучания намного выше, чем у китайских пластмассовых колонок. Правда, чтобы почувствовать существенную разницу, мне пришлось купить звуковую карту creative, на встроенном звуке разница была незначительная.

Усилитель можно собрать навесным монтажом

Также усилитель можно собрать навесным монтажом, прямо на выводах деталей, но я бы не советовал собирать этим методом. Лучше потратить немного больше времени, найти разведенную печатную плату (или развести самому), перенести рисунок на текстолит, протравить его и получить в итоге усилитель, который будет работать много лет. Обо всех эти технологиях многократно рассказано в интернете, поэтому более подробно останавливаться на них не буду.

Усилитель прикрепленный к радиатору

Сразу скажу, что микросхемы усилителей при работе сильно нагреваются и их необходимо крепить, нанеся термопасту на радиатор. Тем же, кто хочет просто собрать один усилитель и нет времени или желания изучать  программы по разводке печатных плат, технологии ЛУТ и травление, могу предложить использовать специальные макетные платы с отверстиями под пайку. Одна из них изображена на фото ниже:

Фото сборка на макетной плате

Как видно на фото, соединения осуществляются не дорожками на печатной плате, как в случае с печатным монтажом, а гибкими проводками, подпаиваемыми к контактам на плате. Единственной проблемой при сборке таких усилителей, является источник питания, выдающий напряжение 12-16 вольт, при токе потребления усилителем до 5 ампер. Разумеется, такой трансформатор (на 5 ампер) будет иметь немаленькие размеры, поэтому некоторые пользуются импульсными источниками питания.

Трансформатор для усилителя — фото

У многих, думаю, дома есть блоки питания компьютеров, которые сейчас морально устарели, и больше не используются в составе системных блоков, так вот такие блоки питания способны выдавать по цепям +12 вольт, токи намного большие чем 4 ампера. Конечно, такое питание среди ценителей звучания считается худшим, чем стандартное трансформаторное, но я подключал импульсный блок питания для питания своего усилителя, после сменил его на трансформаторный — разница в звучании можно сказать незаметна.

Диод для выпрямителя усилителя

После выхода с трансформатора, разумеется, нужно поставить для выпрямления тока диодный мост, который должен быть рассчитан на работу с большими токами, потребляемыми усилителем.

Электролитический конденсатор 2200 мкФ

После диодного моста идет фильтр на электролитическом конденсаторе, который должен быть рассчитан на заметно большее напряжение, чем у нас в схеме. Например, если у нас в схеме питание 16 вольт, конденсатор должен быть на 25 вольт. Причем этот конденсатор должен быть как можно большей емкости, у меня стоят подключенные параллельно 2 конденсатора по 2200 мкф, и это не предел. Параллельно питанию (шунтируем) нужно подключить керамический конденсатор емкостью 100 нф. У усилителя на входе ставят пленочные разделительные конденсаторы емкостью от 0,22 до 1 мкф.

Пленочные конденсаторы

Подключение сигнала к усилителю, с целью снизить уровень наводимых помех, должно осуществляться экранированным кабелем, для этих целей удобно пользоваться кабелем Джек 3.5 – 2 Тюльпана, с соответствующими гнездами на усилителе.

Кабель джек 3.5 — 2 тюльпана

Регулировку уровня сигнала (громкости на усилителе) осуществляют с помощью потенциометра, если усилитель стерео, то сдвоенного. Схема подключения переменного резистора показана на рисунке ниже:

Подключение потенциометра к усилителю — схема

Разумеется усилители могут быть  выполнены и на транзисторах, при этом питание, подключение и регулировка громкости в них применяются точно так же, как и в усилителях на микросхемах. Рассмотрим, к примеру, схему усилителя на одном транзисторе:

Усилитель на 1 транзисторе схема

Здесь также стоит разделительный конденсатор, и минус сигнала соединяется с минусом питания. Ниже приведена схема двухтактного усилителя мощности на двух транзисторах:

Двухтактный усилитель мощности на транзисторах

Следующая схема также на двух транзисторах, но собранная из двух каскадов. Действительно, если присмотреться, она состоит как-бы из 2 почти одинаковых частей. В первый каскад у нас входят: С1, R1, R2, V1. Во второй каскад C2, R3, V2, и нагрузка наушники В1.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах — схема

Если же мы хотим сделать стерео усилитель, нам нужно будет собрать два одинаковых канала. Точно также мы можем, собрав  две схемы любого моно усилителя, превратить его в  стерео. Ниже приведена схема трехкаскадного усилителя мощности на транзисторах:

Трехкаскадный усилитель на транзисторах — схема

Схемы усилителей также различаются по напряжению питания, некоторым достаточно для работы 3-5 вольт, другим необходимо 20 и выше. Для работы некоторых усилителей требуется двуполярное питание. Ниже приведены 2 схемы усилителя на микросхеме TDA2822, первая стерео подключение:

Стерео подключение TDA2822m

На схеме в виде резисторов RL обозначены подключения динамиков. Усилитель нормально работает от напряжения в 4 вольта. На следующем рисунке изображена схема мостового включения, в ней используется один динамик, зато она выдает большую мощность, чем в стерео варианте:

Мостовое подключение TDA2822m

На следующем рисунке изображены схемы усилителя на микросхеме TDA2030, обе схемы взяты из даташита. Питание 18 вольт, мощность 14 Ватт:

Микросхема tda 2030 схема включения

Далее изображена эта же микросхема в мостовом включении, (вернее их здесь используется две):

Мостовая схема усилителя на tda 2030

Акустика, подключаемая к усилителю, может иметь разное сопротивление, чаще всего это 4-8 Ом, иногда встречаются динамики с сопротивлением 16 Ом. Узнать сопротивление динамика, можно перевернув его тыльной стороной к себе, там обычно пишется номинальная мощность и сопротивление динамика. В нашем случае это 8 Ом, 15 Ватт.

Фото динамика с тыльной стороны

Если же динамик находится внутри колонки и посмотреть, что на нем написано, нет возможности, тогда динамик можно прозвонить тестером в режиме омметра выбрав предел измерения 200 Ом.

Мультиметр в режиме омметра меряет динамик

Динамики имеют полярность. Кабеля, которыми  акустика подключается, обычно имеют пометку красным цветом, для провода который соединен с плюсом динамика.

Акустический кабель динамика

Если провода не имеют пометок, проверить правильность подключения  можно, соединив батарейку плюс с плюсом, минус с минусом динамика (условно), если диффузор динамика выдвинется наружу — то мы угадали с полярностью. Больше различных схем УНЧ, в том числе ламповых, можно посмотреть в данном разделе. Там собрана, думаем, самая большая подборка схем в интернете.

   Форум по УНЧ

Любой усилитель звука своими руками ⋆ diodov.net

Рассмотрим, как сделать любой усилитель звука своими руками на примере микросхемы TEA2025B.

Первым делам следует понимать, что усиление любого сигнала, в том числе и сигнала звуковой частоты, происходит за счет мощности источника питания. В качестве источника питания чаще всего применяют батарейки, они же гальванические элементы, аккумуляторы, блок питания постоянного тока.

К блокам питания, предназначенных для работы в усилителях мощности звуковой частоты (УМЗЧ), предъявляют особые требования. И чем выше класс усилителя звука, тем выше эти требования. Важнейшие из них – это минимум пульсаций и различного рода электромагнитных излучений. По этой причине в аудиотехнике даже низкого класса применяются исключительно трансформаторные блоки питания. Импульсным блокам питания (ИБП) в аудиотехнике не место.

ИБП в процессе работы создают широкий спектр электромагнитных излучений, которые пагубно сказываются на качестве звука. Это объясняется работой полупроводниковых приборов в ключевом режиме. Вследствие чего возникают импульсы тока. Которые в конечном итоге распространяются в виде электромагнитных излучений и пульсаций. По этой причине ИБП подлежат обязательному экранированию.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока в трансформаторных (линейных) блоках питания применяются электролитические конденсаторы большой емкости. Более того, для БП усилителей звука рекомендуется применять специальные конденсаторы. Однако влияние их на улучшение качества звука до сих пор остается спорным. Но стоимость таких конденсаторов явно превышает стоимость «обычных» конденсаторов.

Ключевым элементом большинства усилителей звука является операционный усилитель ОУ. ОУ зачастую питаются двухполярным напряжением, хотя могут получать питания и от однополярного источника. Но все же мощные усилители питаются, как правило, от двухполярних источников тока.

И так, чтобы сделать усилитель звука достаточно понимать следующее. Любой УМЗЧ имеет как минимум один вход, один выход и два вывода для подключения питания.

Поскольку мы будем собирать стерео усилитель звука на микросхеме TEA2025B, то будет использоваться два входа. Каждый вход на отдельный канал. А соответственно будут использоваться два выхода для подключения двух динамиков: левого и правого.

Теперь мы можем сделать следующий вывод. Любая микросхема стерео усилителя звука должна иметь минимум шесть выводов. Два входа, два выхода, два питания. Как правило, микросхемы подобного типа имеют больше выводов. К ним подпаиваются дополнительные элементы: конденсаторы, резисторы, которые в народе называют “обвязкой” или “рассыпухой”.

TEA2025B питается в широком диапазоне однополярного напряжения: 3…15 В. Выходная мощность в режиме стерео 2 по 2,3 Вт. Нагрузкой являются два динамика, сопротивлением звуковой катушки 4 Ом. Также на микросхему можно подавать и моно сигнал. Тогда нагрузкой будет служить один динамик.

Важно!!! Приучите себя проверять схемы, найденные в интернете, с типовыми схемами включения, приведенными в даташите соответствующей микросхемы. Очень часто встречают ошибки. Поэтому не лишним будет заглянуть в первоисточник. Поскольку производители микросхем в технической документации ошибок не допускают, в отличие от сайтов радиолюбителей.

Мы будем делать стерео усилитель.

Прежде всего, для подключения к выходу звуковой карты компьютера или смартфона или просто к аудиовыходу другого устройства, например приемника или тюнера, нам понадобится аудио штекер.

Аудио штекеры бывают для моно сигнала (однопиновый), стереосигнала (2-х пиновый), стерео с микрофоном (4-х пиновый). В нашем случае необходимо использовать аудио штекер 2-х пиновый и без микрофона.

Один пин – это левый канал. Второй пин – правый канал. Третий контакт – это общий провод для двух каналов.

Во избежание ошибки, место пайки проводов проще всего прозвонить с соответствующими пинами.

И так, штекер готов, но пока что мы его никуда не припаиваем.

Также нам понадобятся два самых простых, но одинаковых по характеристикам динамика. Вполне подойдут динамики, мощность по 3 Вт, сопротивлением звуковой катушки 4 Ом.

Обратите внимание, динамики также имеют полярность, которая обозначает начало и конец звуковой катушки. В дальнейшем нам ее также необходимо придерживаться.

Следующий обязательный компонент любого усилителя звука – это блок питания. Подойдет блок питания на 9 В или 12 В, мощностью от 9 Вт. Чтобы узнать, как сделать такой блок питания, перейдите по ссылке.

Я буду применять блок питания с регулировкой выходного напряжения, который я показывал, как сделать в своем курсе для начинающих электронщиков.

Теперь, когда все дополнительные элементы собраны, мы можем сосредоточить внимание на микросхеме TEA2025B.

Посмотрев внимательней на схему, мы обнаружим один положительный момент. Шесть электролитических конденсаторов имеют одинаковый номинал – 100 мкФ. Это замечательно, ведь часто во многих микросхемах «обвязка» состоит из радиодеталей разного номинала, что создает некоторое неудобство.

Обратите внимание, хотя микросхема и рассчитана на питания максимум 12 В, но электролитические конденсаторы следует применять с напряжением не менее 25 В.

Для регулировки уровня громкости одновременно обоих каналов применяют сдвоенный переменный  резистор с логарифмической зависимостью. Тогда постоянные резисторы, которые приведены на фото выше – не нужны.

С разводкой печатной платы я не заморачивался и сделал ее по-быстрому в программе Sprint Layout. Если Вам не лень сделать более качественную разводку с нуля, то можете поделиться ей с остальными начинающими электронщиками. Выслать ее можно на мою почту, а я приложу ее к данной статье. Думаю, все скажут спасибо.

Теперь осталось сделать самое приятно – впаять все радиодетали в печатную плату и подключить выводы штекера и динамиков.

Я надеюсь, теперь вы сможете сделать любой усилитель своими руками.

Скачать разводку платы TEA2025B_

Еще статьи по данной теме

Схема усилителя звука своими руками. Как собрать звуковой усилок

Автор admin На чтение 7 мин. Просмотров 1.7k. Опубликовано 15.04.2018

Звуковой диапазон обхватывает частоты от 20 Гц до 20 кГц. Человек с нормальным слухом может воспринимать эти колебания. В системах hi-and полоса воспроизводимых частот может быть расширена от 15 Гц до 40 кГц. Эти системы имеют сложные конструкторские решения. Простые схемы выдающие удовлетворительное качество звучания, можно собрать и собственными силами. Схема усилителя звука, который не сложно сделать своими руками не содержит дефицитных деталей и доступна для повторения. Такая схема может обеспечить полосу частот в пределах 50 Гц-15 кГц при коэффициенте нелинейных искажений не более 0,1% и выдать на низкоомную нагрузку выходную мощность 10-15 ватт. Собрать схему усилителя звука можно как на транзисторах, так и на интегральных микросхемах.

Простая схема усилителя звука

Любой низкочастотный каскад, предназначенный для воспроизведения музыки, состоит из предварительного блока, регуляторов тембра или эквалайзера и оконечного каскада. Если устройство предназначено для работы с несколькими источниками звука, следует предусмотреть селектор входов. Так как уровень сигнала с различных устройств отличатеся друг от друга, то в селекторе учитывается возможность выравнивания входных напряжений за счёт усиления или ограничения. Самым чувствительным является микрофонный вход, а самым «грубым» является вход, предназначенный для подключения линейного выхода магнитолы или тюнера. Принципиальная схема предварительного каскада может быть собрана на транзисторах или операционных усилителях.

Простая схема усилителя звука с регулировками звука и регуляторами тембра реализована на одном транзисторе обратной проводимости. В схеме рекомендуется использовать КТ315 или КТ3102 с любым буквенным индексом. Резистором R8, на коллекторе транзистора, устанавливается напряжение 6 вольт, а резистор R1 можно заменить на постоянный. Его величина подбирается в зависимости от уровня входного сигнала.

Своими руками схему аудио усилителя легко собрать на операционном усилителе, который обладает высоким входным сопротивлением, широкой полосой обработки и малым уровнем собственных шумов.

В этой схеме используется микросхема К1401УД2, которая содержит 4 отдельных узла с общим питанием. На этой микросхеме собирается предварительный канал для стереофонического тракта. 2 ОУ работают в правом канале и 2 в левом. В монофоническом варианте можно использовать только два элемента. Устройство состоит из канала предварительного увеличения уровня с коррекцией входного напряжения и активного трёхполосного регулятора тембра, который работает по низким, средним и высоким частотам. Существенным недостатком предварительных каскадов на операционных схемах сводится к тому, что им требуется двухполярный источник питания, что заметно усложняет конструкцию.

Усилитель мощности звука так же может быть выполнен на различной элементной базе. Чаще всего для этой цели используются комплементарные пары транзисторов разной проводимости или специализированные интегральные микросхемы. Простой каскад собран на маломощных кремниевых транзисторах. Вместо пары КТ315-КТ361 можно использовать пару КТ3102-КТ3107.

Перед подачей питания динамик следует отключить, а вместо резистора R1 поставить цепочку из, соединённых последовательно, постоянного резистора на 33 кОм и потенциометра на 270 кОм. Включить питание и вращая движок потенциометра выставить в контрольной точке указанный ток коллектора. Затем замерить полученное сопротивление цепочки и заменить её на, ближайший по номиналу, постоянный резистор. Далее подбором резистора R3 нужно установить в той же точке половину питающего напряжения. Далее подключается динамик и на вход подаётся низкочастотный сигнал с источника звука. Схема не имеет регулятора громкости и тембра, поэтому к нему можно подключить любой предварительный каскад, имеющий эти функции.

Усилитель звука самодельный

Прежде чем начать выбор схемы блока низкой частоты, нужно выяснить для какой цели он будет использоваться. Одной из популярных моделей является схема для наушников, так как многие бытовые системы не дают хорошей громкости вместе с высоким качеством звучания. Схема двухканального усилителя звука может использоваться для персонального компьютера или автомобильной магнитолы. Это делает возможным слушать музыку в салоне, не мешая окружающим.

Основой устройства является низковольтный операционник. Питание, подаваемое на 2 вывод микросхемы, лежит в диапазоне от 3 до 12 вольт. Есть аналогичные схемы, выполненные на дискретных элементах, но микросхема не требует регулировки и настройки, что имеет значение в транзисторных схемах. Правильно собранный усилитель сразу начинает работать. Усилитель звука для колонок демонстрирует более сложную схему, где отдается характерное внимание качеству звука.

Простая схема усилителя звука изготовленного своими руками

При создании самодельного устройства, радиолюбителю приходится решать много различных задач. Одна из них связана с выходной мощностью, которая ограничивается напряжением питания. Прежде всего, это касается систем для автомобиля, так как они получают питание от бортовой сети. Образцовым вариантом будет приминение отдельных микросхем. Схема полного усилителя звука — это предварительный каскад с эффективными регуляторами тембра и оконечный блок. Предложенная конструкция содержит следующие характеристики:

• Выходная мощность – 20 W X 2
• Полоса частот – 40 – 18 000 Гц
• Коэффициент искажений – 1,0%
• Напряжение питания – 8-18 В

Усилитель звука для колонок схема печатной платы Мощный усилитель на микросхеме собранный своими руками можно использовать в домашних условиях или установить в автомобиле.

Усилитель звука для колонок схема печатной платы

Печатная плата для данной схемы выполнена из фольгированного текстолита методом травления. Рисунок печатных дорожек можно нанести асфальтобитумным лаком или другим составом. Травить плату проще всего в растворе хлорного железа. Для того чтобы усилитель звука на микросхеме, сделанный своими руками работал устойчиво, элемент TDA1552Q установаем на радиатор. Для получения хорошего звучания и минимальных искажений конденсаторы С11, 12, 13 и 14 должны быть плёночными. Резисторами R7 и R8 устанавливается максимальный неискажённый сигнал на акустических системах.

Схема аудио усилителя

Интегральные микросхемы постепенно вытесняют транзисторы из схем усилителей низкой частоты. Распространение получили приборы TDA2005-2052. Они выдают достаточную выходную мощность для озвучивания салона автомобиля или жилой комнаты. Простой аудио стерео усилитель звука своими руками можно собрать на одной микросхеме TDA2005.

Конденсаторы С8 и С12 лучше ставить плёночные. Если напряжение питания не превышает 12 В, то все электролитические конденсаторы должны быть на 16 В. При большем напряжении питания рабочее напряжение ёмкостей должно быть увеличено. Собранный своими руками усилитель используется для колонок с сопротивлением от 2 до 4 Ом.

Схема усилителя звукового

В них входят такие решения, когда интегральная микросхема выполнена в оконечном каскаде, а предварительный тракт собирается на транзисторах. Чтобы собрать оконечный аудио усилитель своими руками на микросхеме потребуется небольшое количество деталей. В корпус микросхемы встроены схемы защиты от короткого замыкания, от перегрузки и превышения температуры, поэтому в системе используются только переходные конденсаторы и фильтр питания. Сделать усилитель звука своими руками не сложно на микросхеме 174 серии.

Устройство включает в себя интегральную микросхему и 8 конденсаторов, поэтому печатную плату легко нарисовать самостоятельно.

Самая простая схема усилителя звука

Простейшее устройство состоит из интегральной микросхемы и двух конденсаторов. Один из них разделительный, а второй работает как фильтр по питанию. Устройство не нуждается в наладке и при правильной сборке начинает работать сразу после включения. Схема включения усилителя звука допускает питание от автомобильного аккумулятора.

Схема оконечника выполнена на микросхеме TDA7294. Номинальная мощность, отдаваемая на нагрузку 4 Ом, составляет 70 ватт, а максимальная – 100 ватт. Микросхема применяется для широкополосных акустических систем или сабвуфера. Для получения такой мощности потребуется двухполярный источник питания с напряжением 35 вольт.

Простой усилитель звука своими руками

Собрать своими руками аудио усилитель звука без микросхем можно собрать на любых транзисторах, включая как биполярные, так и полевые. Приминение полевых транзисторов в выходном каскаде предоставило создать устройство, приближающееся по характеристикам к ламповым конструкциям.

Схема владеет следующими характеристиками:

• АЧХ линейна в диапазоне 20 Гц-100 кГц
• Коэффициент искажений на 1 кГц не превышает 0,003%
• Выходная мощность 10 ватт на нагрузке 8 Ом

Для раскачки выходного каскада потребуется напряжение 0,7 вольт, которые должен обеспечить предварительный каскад. Операционный усилитель NE5534 можно заменить отечественным ОУ КР140УД608. Стабилитроны должны быть рассчитаны на напряжение стабилизации 18 вольт. 1N4705 можно заменить двумя последовательно включенными полупроводниками на 9 вольт каждый.

виды, схемы, простые и сложные

– Сосед запарил по батарее стучать. Сделал музыку громче, чтобы его не слышать.
(Из фольклора аудиофилов).

Эпиграф иронический, но аудиофил совсем не обязательно «больной на всю голову» с физиономией Джоша Эрнеста на брифинге по вопросам отношений с РФ, которого «прёт» оттого, что соседи «счастливы». Кто-то хочет слушать серьезную музыку дома как в зале. Качество аппаратуры для этого нужно такое, какое у любителей децибел громкости как таковых просто не помещается там, где у здравомыслящих людей ум, но у последних оный за разум заходит от цен на подходящие усилители (УМЗЧ, усилитель мощности звуковой частоты). А у кого-то попутно возникает желание приобщиться к полезным и увлекательным сферам деятельности – технике воспроизведения звука и вообще электронике. Которые в век цифровых технологий неразрывно связаны и могут стать высокодоходной и престижной профессией. Оптимальный во всех отношениях первый шаг в этом деле – сделать усилитель своими руками: именно УМЗЧ позволяет с начальной подготовкой на базе школьной физики на одном и том же столе пройти путь от простейших конструкций на полвечера (которые, тем не менее, неплохо «поют») до сложнейших агрегатов, через которые с удовольствием сыграет и хорошая рок-группа. Цель данной публикации – осветить первые этапы этого пути для начинающих и, возможно, сообщить кое-что новое опытным.

УМЗЧ мощностью 350 Вт

Простейшие

Итак, для начала попробуем сделать усилитель звука, который просто работает. Чтобы основательно вникнуть в звукотехнику, придется постепенно освоить довольно много теоретического материала и не забывать по мере продвижения обогащать багаж знаний. Но любая «умность» усваивается легче, когда видишь и щупаешь, как она работает «в железе». В этой статье далее тоже без теории не обойдется – в том, что нужно знать поначалу и что возможно пояснить без формул и графиков. А пока достаточно будет умения паять электропаяльником и пользоваться мультитестером.

Примечание: если вы до сих пор не паяли электронику, учтите – ее компоненты нельзя перегревать! Паяльник – до 40 Вт (лучше 25 Вт), максимально допустимое время пайки без перерыва – 10 с. Паяемый вывод для теплоотвода удерживается в 0,5-3 см от места пайки со стороны корпуса прибора медицинским пинцетом. Кислотные и др. активные флюсы применять нельзя! Припой – ПОС-61.

Слева на рис. – простейший УМЗЧ, «который просто работает». Его можно собрать как на германиевых, так и на кремниевых транзисторах.

Простейшие усилители звука

На этой крошке удобно осваивать азы наладки УМЗЧ с непосредственными связями между каскадами, дающими наиболее чистый звук:

• Перед первым включением питания нагрузку (динамик) отключаем;
• Вместо R1 впаиваем цепочку из постоянного резистора на 33 кОм и переменного (потенциометра) на 270 кОм, т.е. первый прим. вчетверо меньшего, а второй прим. вдвое большего номинала против исходного по схеме;
• Подаем питание и, вращая движок потенциометра, в точке, обозначенной крестиком, выставляем указанный ток коллектора VT1;
• Снимаем питание, выпаиваем временные резисторы и замеряем их общее сопротивление;
• В качестве R1 ставим резистор номинала из стандартного ряда, ближайшего к измеренному;
• Заменяем R3 на цепочку постоянный 470 Ом + потенциометр 3,3 кОм;
• Так же, как по пп. 3-5, в т. а выставляем напряжение, равное половине напряжения питания.

Точка а, откуда снимается сигнал в нагрузку это т. наз. средняя точка усилителя. В УМЗЧ с однополярным питанием в ней выставляют половину его значения, а в УМЗЧ в двухполярным питанием – ноль относительно общего провода. Это называется регулировкой баланса усилителя. В однополярных УМЗЧ с емкостной развязкой нагрузки отключать ее на время наладки не обязательно, но лучше привыкать делать это рефлекторно: разбалансированный 2-полярный усилитель с подключенной нагрузкой способен сжечь свои же мощные и дорогие выходные транзисторы, а то и «новый, хороший» и очень дорогой мощный динамик.

Примечание: компоненты, требующие подбора при наладке устройства в макете, на схемах обозначаются или звездочкой (*), или штрихом-апострофом (‘).

В центре на том же рис. – простой УМЗЧ на транзисторах, развивающий уже мощность до 4-6 Вт на нагрузке 4 Ом. Хотя и работает он, как и предыдущий, в т. наз. классе AB1, не предназначенном для Hi-Fi озвучивания, но, если заменить парой таких усилитель класса D (см. далее) в дешевых китайских компьютерных колонках, их звучание заметно улучшается. Здесь узнаем еще одну хитрость: мощные выходные транзисторы нужно ставить на радиаторы. Компоненты, требующие дополнительного охлаждения, на схемах обводятся пунктиром; правда, далеко не всегда; иногда – с указанием необходимой рассеивающей площади теплоотвода. Наладка этого УМЗЧ – балансировка с помощью R2.

Справа на рис. – еще не монстр на 350 Вт (как был показан в начале статьи), но уже вполне солидный зверюга: простой усилитель на транзисторах мощностью 100 Вт. Музыку через него слушать можно, но не Hi-Fi, класс работы – AB2. Однако для озвучивания площадки для пикника или собрания на открытом воздухе, школьного актового или небольшого торгового зала он вполне пригоден. Любительская рок-группа, имея по такому УМЗЧ на инструмент, может успешно выступать.

Примечание: источник питания для этого УМЗЧ нужен мощностью от 600 Вт. Конденсаторы сглаживающего фильтра – от 6800 мкФ на 160 В. Параллельно электролитическим конденсаторам ИП включаются керамические по 0,01 мкФ для предотвращения самовозбуждения на ультразвуковых частотах, способного мгновенно сжечь выходные транзисторы.

На полевиках

На след. рис. – еще один вариант достаточно мощного УМЗЧ (30 Вт, а при напряжении питания 35 В – 60 Вт) на мощных полевых транзисторах:

УМЗЧ на мощных полевых транзисторах

Звук от него уже тянет на требования к Hi-Fi начального уровня (если, разумеется, УМЗЧ работает на соотв. акустические системы, АС). Мощные полевики не требуют большой мощности для раскачки, поэтому и предмощного каскада нет. Еще мощные полевые транзисторы ни при каких неисправностях не сжигают динамики – сами быстрее сгорают. Тоже неприятно, но все-таки дешевле, чем менять дорогую басовую головку громкоговорителя (ГГ). Балансировка и вообще наладка данному УМЗЧ не требуются. Недостаток у него, как у конструкции для начинающих, всего один: мощные полевые транзисторы много дороже биполярных для усилителя с такими же параметрами. Требования к ИП – аналогичные пред. случаю, но мощность его нужна от 450 Вт. Радиаторы – от 200 кв. см.

Примечание: не надо строить мощные УМЗЧ на полевых транзисторах для импульсных источников питания, напр. компьютерных. При попытках «загнать» их в активный режим, необходимый для УМЗЧ, они или просто сгорают, или звук дают слабый, а по качеству «никакой». То же касается мощных высоковольтных биполярных транзисторов, напр. из строчной развертки старых телевизоров.

Сразу вверх

Если вы уже сделали первые шаги, то вполне естественным будет желание построить УМЗЧ класса Hi-Fi, не вдаваясь слишком глубоко в теоретические дебри. Для этого придется расширить приборный парк – нужен осциллограф, генератор звуковых частот (ГЗЧ) и милливольтметр переменного тока с возможностью измерения постоянной составляющей. Прототипом для повторения лучше взять УМЗЧ Е. Гумели, подробно описанный в «Радио» №1 за 1989 г. Для его постройки понадобится немного недорогих доступных компонент, но качество удовлетворяет весьма высоким требованиям: мощность до 60 Вт, полоса 20-20 000 Гц, неравномерность АЧХ 2 дБ, коэффициент нелинейных искажений (КНИ) 0,01%, уровень собственных шумов –86 дБ. Однако наладить усилитель Гумели достаточно сложно; если вы с ним справитесь, можете браться за любой другой. Впрочем, кое-какие из известных ныне обстоятельств намного упрощают налаживание данного УМЗЧ, см. ниже. Имея в виду это и то, что в архивы «Радио» пробраться не всем удается, уместно будет повторить основные моменты.

Схемы простого высококачественного УМЗЧ

Схемы УМЗЧ Гумели и спецификация к ним даны на иллюстрации. Радиаторы выходных транзисторов – от 250 кв. см. для УМЗЧ по рис. 1 и от 150 кв. см. для варианта по рис. 3 (нумерация оригинальная). Транзисторы предвыходного каскада (КТ814/КТ815) устанавливаются на радиаторы, согнутые из алюминиевых пластин 75х35 мм толщиной 3 мм. Заменять КТ814/КТ815 на КТ626/КТ961 не стоит, звук заметно не улучшается, но налаживание серьезно затрудняется.

Чертежи печатных плат и указания по налаживанию простого высококачественного УМЗЧ

Этот УМЗЧ очень критичен к электропитанию, топологии монтажа и общей, поэтому налаживать его нужно в конструктивно законченном виде и только со штатным источником питания. При попытке запитать от стабилизированного ИП выходные транзисторы сгорают сразу. Поэтому на рис. даны чертежи оригинальных печатных плат и указания по наладке. К ним можно добавить что, во-первых, если при первом включении заметен «возбуд», с ним борются, меняя индуктивность L1. Во-вторых, выводы устанавливаемых на платы деталей должны быть не длиннее 10 мм. В-третьих, менять топологию монтажа крайне нежелательно, но, если очень надо, на стороне проводников обязательно должен быть рамочный экран (земляная петля, выделена цветом на рис.), а дорожки электропитания должны проходить вне ее.

Примечание: разрывы в дорожках, к которым подключаются базы мощных транзисторов – технологические, для налаживания, после чего запаиваются каплями припоя.

Налаживание данного УМЗЧ много упрощается, а риск столкнуться с «возбудом» в процессе пользования сводится к нулю, если:

• Минимизировать межблочный монтаж, поместив платы на радиаторах мощных транзисторов.
• Полностью отказаться от разъемов внутри, выполнив весь монтаж только пайкой. Тогда не нужны будут R12, R13 в мощном варианте или R10 R11 в менее мощном (на схемах они пунктирные).
• Использовать для внутреннего монтажа аудиопровода из бескислородной меди минимальной длины.

При выполнении этих условий с возбуждением проблем не бывает, а налаживание УМЗЧ сводится к рутинной процедуре, описанной на рис.

Провода для звука

Аудиопровода не досужая выдумка. Необходимость их применения в настоящее время несомненна. В меди с примесью кислорода на гранях кристаллитов металла образуется тончайшая пленочка окисла. Оксиды металлов полупроводники и, если ток в проводе слабый без постоянной составляющей, его форма искажается. По идее, искажения на мириадах кристаллитов должны компенсировать друг друга, но самая малость (похоже, обусловленная квантовыми неопределенностями) остается. Достаточная, чтобы быть замеченной взыскательными слушателями на фоне чистейшего звука современных УМЗЧ.

Производители и торговцы без зазрения совести подсовывают вместо бескислородной обычную электротехническую медь – отличить одну от другой на глаз невозможно. Однако есть сфера применения, где подделка не проходит однозначно: кабель витая пара для компьютерных сетей. Положить сетку с длинными сегментами «леварем», она или вовсе не запустится, или будет постоянно глючить. Дисперсия импульсов, понимаешь ли.

Автор, когда только еще пошли разговоры об аудиопроводах, понял, что, в принципе, это не пустая болтовня, тем более, что бескислородные провода к тому времени уже давно использовались в технике спецназначения, с которой он по роду деятельности был хорошо знаком. Взял тогда и заменил штатный шнур своих наушников ТДС-7 самодельным из «витухи» с гибкими многожильными проводами. Звук, на слух, стабильно улучшился для сквозных аналоговых треков, т.е. на пути от студийного микрофона до диска нигде не подвергавшихся оцифровке. Особенно ярко зазвучали записи на виниле, сделанные по технологии DMM (Direct Meta lMastering, непосредственное нанесение металла). После этого межблочный монтаж всего домашнего аудио был переделан на «витушный». Тогда улучшение звучания стали отмечать и совершенно случайные люди, к музыке равнодушные и заранее не предуведомленные.

Как сделать межблочные провода из витой пары, см. след. видео.

Видео: межблочные провода из витой пары своими руками

К сожалению, гибкая «витуха» скоро исчезла из продажи – плохо держалась в обжимаемых разъемах. Однако, к сведению читателей, только из бескислородной меди делается гибкий «военный» провод МГТФ и МГТФЭ (экранированный). Подделка невозможна, т.к. на обычной меди ленточная фторопластовая изоляция довольно быстро расползается. МГТФ сейчас есть в широкой продаже и стоит много дешевле фирменных, с гарантией, аудиопроводов. Недостаток у него один: его невозможно выполнить расцвеченным, но это можно исправить бирками. Есть также и бескислородные обмоточные провода, см. далее.

Теоретическая интермедия

Как видим, уже на первых порах освоения звукотехники нам пришлось столкнуться с понятием Hi-Fi (High Fidelity), высокая верность воспроизведения звука. Hi-Fi бывают разных уровней, которые ранжируются по след. основным параметрам:

1. Полосе воспроизводимых частот.
2. Динамическому диапазону – отношению в децибелах (дБ) максимальной (пиковой) выходной мощности к уровню собственных шумов.
3. Уровню собственных шумов в дБ.
4. Коэффициенту нелинейных искажений (КНИ) на номинальной (долговременной) выходной мощности. КНИ на пиковой мощности принимается 1% или 2% в зависимости от методики измерений.
5. Неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе воспроизводимых частот. Для АС – отдельно на низких (НЧ, 20-300 Гц), средних (СЧ, 300-5000 Гц) и высоких (ВЧ, 5000-20 000 Гц) звуковых частотах.

Примечание: отношение абсолютных уровней каких-либо величин I в (дБ) определяется как P(дБ) = 20lg(I1/I2). Если I1<I2, P будет отрицательным. Полезно запомнить – P=3дБ соотв. численному отношению в 1,41 раза, P=6дБ – в 2 раза, P=12дБ – в 4 раза, P=20дБ в 10 раз, P=40дБ в 100 раз и P=60дБ в 1000 раз.

Все тонкости и нюансы Hi-Fi нужно знать, занимаясь проектированием и постройкой АС, а что касается самодельного Hi-Fi УМЗЧ для дома, то, прежде чем переходить к таким, нужно четко уяснить себе требования к их мощности, необходимой для озвучивания данного помещения, динамическому диапазону (динамике), уровню собственных шумов и КНИ. Добиться от УМЗЧ полосы частот 20-20 000 Гц с завалом на краях по 3 дБ и неравномерностью АЧХ на СЧ в 2 дБ на современной элементной базе не составляет больших сложностей.

Громкость

Мощность УМЗЧ не самоцель, она должна обеспечивать оптимальную громкость воспроизведения звука в данном помещении. Определить ее можно по кривым равной громкости, см. рис. Естественных шумов в жилых помещениях тише 20 дБ не бывает; 20 дБ это лесная глушь в полный штиль. Уровень громкости в 20 дБ относительно порога слышимости это порог внятности – шепот разобрать еще можно, но музыка воспринимается только как факт ее наличия. Опытный музыкант может определить, какой инструмент играет, но что именно – нет.

Кривые равной громкости

40 дБ – нормальный шум хорошо изолированной городской квартиры в тихом районе или загородного дома – представляет порог разборчивости. Музыку от порога внятности до порога разборчивости можно слушать при наличии глубокой коррекции АЧХ, прежде всего по басам. Для этого в современные УМЗЧ вводят функцию MUTE (приглушка, мутирование, не мутация!), включающую соотв. корректирующие цепи в УМЗЧ.

90 дБ – уровень громкости симфонического оркестра в очень хорошем концертном зале. 110 дБ может выдать оркестр расширенного состава в зале с уникальной акустикой, каких в мире не более 10, это порог восприятия: звуки громче воспринимаются еще как различимый по смыслу с усилием воли, но уже раздражающий шум. Зона громкости в жилых помещениях 20-110 дБ составляет зону полной слышимости, а 40-90 дБ – зону наилучшей слышимости, в которой неподготовленные и неискушенные слушатели вполне воспринимают смысл звука. Если, конечно, он в нем есть.

Мощность

Расчет мощности аппаратуры по заданной громкости в зоне прослушивания едва ли не основная и самая трудная задача электроакустики. Для себя в условиях лучше идти от акустических систем (АС): рассчитать их мощность по упрощенной методике, и принять номинальную (долговременную) мощность УМЗЧ равной пиковой (музыкальной) АС. В таком случае УМЗЧ не добавит заметно своих искажений к таковым АС, они и так основной источник нелинейности в звуковом тракте. Но и делать УМЗЧ слишком мощным не следует: в таком случае уровень его собственных шумов может оказаться выше порога слышимости, т.к. считается он от уровня напряжения выходного сигнала на максимальной мощности. Если считать совсем уж просто, то для комнаты обычной квартиры или дома и АС с нормальной характеристической чувствительностью (звуковой отдачей) можно принять след. значения оптимальной мощности УМЗЧ:

• До 8 кв. м – 15-20 Вт.
• 8-12 кв. м – 20-30 Вт.
• 12-26 кв. м – 30-50 Вт.
• 26-50 кв. м – 50-60 Вт.
• 50-70 кв. м – 60-100 Вт.
• 70-100 кв. м – 100-150 Вт.
• 100-120 кв. м – 150-200 Вт.
• Более 120 кв. м – определяется расчетом по данным акустических измерений на месте.

Динамика

Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:

1. Симфоническая музыка и джаз с симфоническим сопровождением – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) идеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) приемлемо. Звук с динамикой 80-85 дБ в городской квартире не отличит от идеального никакой эксперт.
2. Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
3. Попса любого рода и саундтреки к фильмам – 66 дБ за глаза хватит, т.к. данные опусы уже при записи сжимаются по уровням до 66 дБ и даже до 40 дБ, чтобы можно было слушать на чем угодно.

Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.

КНИ

Нелинейные искажения (НИ) УМЗЧ это составляющие спектра выходного сигнала, которых не было во входном. Теоретически НИ лучше всего «затолкать» под уровень собственных шумов, но технически это очень трудно реализуемо. На практике берут в расчет т. наз. эффект маскировки: на уровнях громкости ниже прим. 30 дБ диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот сужается, как и способность различать звуки по частоте. Музыканты слышат ноты, но оценить тембр звука затрудняются. У людей без музыкального слуха эффект маскировки наблюдается уже на 45-40 дБ громкости. Поэтому УМЗЧ с КНИ 0,1% (–60 дБ от уровня громкости в 110 дБ) оценит как Hi-Fi рядовой слушатель, а с КНИ 0,01% (–80 дБ) можно считать не искажающим звук.

Лампы

Последнее утверждение, возможно, вызовет неприятие, вплоть до яростного, у адептов ламповой схемотехники: мол, настоящий звук дают только лампы, причем не просто какие-то, а отдельные типы октальных. Успокойтесь, господа – особенный ламповый звук не фикция. Причина – принципиально различные спектры искажений у электронных ламп и транзисторов. Которые, в свою очередь, обусловлены тем, что в лампе поток электронов движется в вакууме и квантовые эффекты в ней не проявляются. Транзистор же прибор квантовый, там неосновные носители заряда (электроны и дырки) движутся в кристалле, что без квантовых эффектов вообще невозможно. Поэтому спектр ламповых искажений короткий и чистый: в нем четко прослеживаются только гармоники до 3-й – 4-й, а комбинационных составляющих (сумм и разностей частот входного сигнала и их гармоник) очень мало. Поэтому во времена вакуумной схемотехники КНИ называли коэффициентом гармоник (КГ). У транзисторов же спектр искажений (если они измеримы, оговорка случайная, см. ниже) прослеживается вплоть до 15-й и более высоких компонент, и комбинационных частот в нем хоть отбавляй.

На первых порах твердотельной электроники конструкторы транзисторных УМЗЧ брали для них привычный «ламповый» КНИ в 1-2%; звук с ламповым спектром искажений такой величины рядовыми слушателями воспринимается как чистый. Между прочим, и самого понятия Hi-Fiтогда еще не было. Оказалось – звучат тускло и глухо. В процессе развития транзисторной техники и выработалось понимание, что такое Hi-Fi и что для него нужно.

В настоящее время болезни роста транзисторной техники успешно преодолены и побочные частоты на выходе хорошего УМЗЧ с трудом улавливаются специальными методами измерений. А ламповую схемотехнику можно считать перешедшей в разряд искусства. Его основа может быть любой, почему же электронике туда нельзя? Тут уместна будет аналогия с фотографией. Никто не сможет отрицать, что современная цифрозеркалка дает картинку неизмеримо более четкую, подробную, глубокую по диапазону яркостей и цвета, чем фанерный ящичек с гармошкой. Но кто-то крутейшим Никоном «клацает фотки» типа «это мой жирный кошак нажрался как гад и дрыхнет раскинув лапы», а кто-то Сменой-8М на свемовскую ч/б пленку делает снимок, перед которым на престижной выставке толпится народ.

Примечание: и еще раз успокойтесь – не все так плохо. На сегодня у ламповых УМЗЧ малой мощности осталось по крайней мере одно применение, и не последней важности, для которого они технически необходимы.

Опытный стенд

Многие любители аудио, едва научившись паять, тут же «уходят в лампы». Это ни в коем случае не заслуживает порицания, наоборот. Интерес к истокам всегда оправдан и полезен, а электроника стала таковой на лампах. Первые ЭВМ были ламповыми, и бортовая электронная аппаратура первых космических аппаратов была тоже ламповой: транзисторы тогда уже были, но не выдерживали внеземной радиации. Между прочим, тогда под строжайшим секретом создавались и ламповые… микросхемы! На микролампах с холодным катодом. Единственное известное упоминание о них в открытых источниках есть в редкой книге Митрофанова и Пикерсгиля «Современные приемно-усилительные лампы».

Ламповый УМЗЧ с возможностью переключения режимов выходного каскада

Но хватит лирики, к делу. Для любителей повозиться с лампами на рис. – схема стендового лампового УМЗЧ, предназначенного именно для экспериментов: SA1 переключается режим работы выходной лампы, а SA2 – напряжение питания. Схема хорошо известна в РФ, небольшая доработка коснулась только выходного трансформатора: теперь можно не только «гонять» в разных режимах родную 6П7С, но и подбирать для других ламп коэффициент включения экранной сетки в ульралинейном режиме; для подавляющего большинства выходных пентодов и лучевых тетродов он или 0,22-0,25, или 0,42-0,45. Об изготовлении выходного трансформатора см. ниже.

Гитаристам и рокерам

Это тот самый случай, когда без ламп не обойтись. Как известно, электрогитара стала полноценным солирующим инструментом после того, как предварительно усиленный сигнал со звукоснимателя стали пропускать через специальную приставку – фьюзер – преднамеренно искажающую его спектр. Без этого звук струны был слишком резким и коротким, т.к. электромагнитный звукосниматель реагирует только на моды ее механических колебаний в плоскости деки инструмента.

Вскоре выявилось неприятное обстоятельство: звучание электрогитары с фьюзером обретает полную силу и яркость только на больших громкостях. Особенно это проявляется для гитар со звукоснимателем типа хамбакер, дающим самый «злой» звук. А как быть начинающему, вынужденному репетировать дома? Не идти же в зал выступать, не зная точно, как там зазвучит инструмент. И просто любителям рока хочется слушать любимые вещи в полном соку, а рокеры народ в общем-то приличный и неконфликтный. По крайней мере те, кого интересует именно рок-музыка, а не антураж с эпатажем.

Так вот, оказалось, что роковый звук появляется на уровнях громкости, приемлемых для жилых помещений, если УМЗЧ ламповый. Причина – специфическое взаимодействие спектра сигнала с фьюзера с чистым и коротким спектром ламповых гармоник. Тут снова уместна аналогия: ч/б фото может быть намного выразительнее цветного, т.к. оставляет для просмотра только контур и свет.

Тем, кому ламповый усилитель нужен не для экспериментов, а в силу технической необходимости, долго осваивать тонкости ламповой электроники недосуг, они другим увлечены. УМЗЧ в таком случае лучше делать бестрансформаторный. Точнее – с однотактным согласующим выходным трансформатором, работающим без постоянного подмагничивания. Такой подход намного упрощает и ускоряет изготовление самого сложного и ответственного узла лампового УМЗЧ.

“Бестрансформаторный” ламповый выходной каскад УМЗЧ и предварительные усилители к нему

Справа на рис. дана схема бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ, а слева – варианты предварительного усилителя для него. Вверху – с регулятором тембра по классической схеме Баксандала, обеспечивающей достаточно глубокую регулировку, но вносящей небольшие фазовые искажения в сигнал, что может быть существенно при работе УМЗЧ на 2-полосную АС. Внизу – предусилитель с регулировкой тембра попроще, не искажающей сигнал.

Но вернемся к «оконечнику». В ряде зарубежных источников данная схема считается откровением, однако идентичная ей, за исключением емкости электролитических конденсаторов, обнаруживается в советском «Справочнике радиолюбителя» 1966 г. Толстенная книжища на 1060 страниц. Не было тогда интернета и баз данных на дисках.

Описание бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ

Усовершенствованный бестрансформаторный выходной каскад лампового УМЗЧ

Там же, справа на рис., коротко, но ясно описаны недостатки этой схемы. Усовершенствованная, из того же источника, дана на след. рис. справа. В ней экранная сетка Л2 запитана от средней точки анодного выпрямителя (анодная обмотка силового трансформатора симметричная), а экранная сетка Л1 через нагрузку. Если вместо высокоомных динамиков включить согласующий трансформатор с обычным динамиков, как в пред. схеме, выходная мощность составить ок. 12 Вт, т.к. активное сопротивление первичной обмотки трансформатора много меньше 800 Ом. КНИ этого оконечного каскада с трансформаторным выходом – прим. 0,5%

Как сделать трансформатор?

Главные враги качества мощного сигнального НЧ (звукового) трансформатора – магнитное поле рассеяния, силовые линии которого замыкаются, обходя магнитопровод (сердечник), вихревые токи в магнитопроводе (токи Фуко) и, в меньшей степени – магнитострикция в сердечнике. Из-за этого явления небрежно собранный трансформатор «поет», гудит или пищит. С токами Фуко борются, уменьшая толщину пластин магнитопровода и дополнительно изолируя их лаком при сборке. Для выходных трансформаторов оптимальная толщина пластин – 0,15 мм, максимально допустимая – 0,25 мм. Брать для выходного трансформатора пластины тоньше не следует: коэффициент заполнения керна (центрального стержня магнитопровода) сталью упадет, сечение магнитопровода для получения заданной мощности придется увеличить, отчего искажения и потери в нем только возрастут.

В сердечнике звукового трансформатора, работающего с постоянным подмагничиванием (напр., анодным током однотактного выходного каскада) должен быть небольшой (определяется расчетом) немагнитный зазор. Наличие немагнитного зазора, с одной стороны, уменьшает искажения сигнала от постоянного подмагничивания; с другой – в магнитопроводе обычного типа увеличивает поле рассеяния и требует сердечника большего сечения. Поэтому немагнитный зазор нужно рассчитывать на оптимум и выполнять как можно точнее.

Выходные трансформаторы двухтактных оконечных каскадов наматываются по специальным схемам, чтобы уменьшить паразитную (через поле рассеяния, не через сердечник) магнитную связь между секциями анодной обмотки. Связь через поле рассеяния – специфический для «двухтактников» и весьма сильный фактор, ухудшающий звук. Схемы намотки выходных трансформаторов ультралинейных 2-тактных выходных каскадов весьма сложны.

Для трансформаторов, работающих с подмагничиванием, оптимальный тип сердечника – из пластин Шп (просеченных), поз. 1 на рис. В них немагнитный зазор образуется при просечке керна и потому стабилен; его величина указывается в паспорте на пластины или замеряется набором щупов. Поле рассеяния минимально, т.к. боковые ветви, через которые замыкается магнитный поток, цельные. Из пластин Шп часто собирают и сердечники трансформаторов без подмагничивания, т.к. пластины Шп делают из высококачественной трансформаторной стали. В таком случае сердечник собирают вперекрышку (пластины кладут просечкой то в одну, то в другую сторону), а его сечение увеличивают на 10% против расчетного.

Магнитопроводы и каркас обмоток звуковых трансформаторов

Трансформаторы без подмагничивания лучше мотать на сердечниках УШ (уменьшенной высоты с уширенными окнами), поз. 2. В них уменьшение поля рассеяния достигается за счет уменьшения длины магнитного пути. Поскольку пластины УШ доступнее Шп, из них часто набирают и сердечники трансформаторов с подмагничиванием. Тогда сборку сердечника ведут внакрой: собирают пакет из Ш-пластин, кладут полоску непроводящего немагнитного материала толщиной в величину немагнитного зазора, накрывают ярмом из пакета перемычек и стягивают все вместе обоймой.

Примечание: «звуковые» сигнальные магнитопроводы типа ШЛМ для выходных трансформаторов высококачественных ламповых усилителей мало пригодны, у них большое поле рассеяния.

На поз. 3 дана схема размеров сердечника для расчета трансформатора, на поз. 4 конструкция каркаса обмоток, а на поз. 5 – выкройки его деталей. Что до трансформатора для «бестрансформаторного» выходного каскада, то его лучше делать на ШЛМме вперекрышку, т.к. подмагничивание ничтожно мало (ток подмагничивания равен току экранной сетки). Главная задача тут – сделать обмотки как можно компактнее с целью уменьшения поля рассеяния; их активное сопротивление все равно получится много меньше 800 Ом. Чем больше свободного места останется в окнах, тем лучше получился трансформатор. Поэтому обмотки мотают виток к витку (если нет намоточного станка, это маета ужасная) из как можно более тонкого провода, коэффициент укладки анодной обмотки для механического расчета трансформатора берут 0,6. Обмоточный провод – марок ПЭТВ или ПЭММ, у них жила бескислородная. ПЭТВ-2 или ПЭММ-2 брать не надо, у них от двойной лакировки увеличенный наружный диаметр и поле рассеяния будет больше. Первичную обмотку мотают первой, т.к. именно ее поле рассеяния больше всего влияет на звук.

Самодельный выходной трансформатор звуковой частоты

Железо для этого трансформатора нужно искать с отверстиями в углах пластин и стяжными скобами (см. рис. справа), т.к. «для полного счастья» сборка магнитопровода производится в след. порядке (разумеется, обмотки с выводами и наружной изоляцией должны быть уже на каркасе):

1. Готовят разбавленный вдвое акриловый лак или, по старинке, шеллак;
2. Пластины с перемычками быстро покрывают лаком с одной стороны и как можно быстрее, не придавливая сильно, вкладывают в каркас. Первую пластину кладут лакированной стороной внутрь, следующую – нелакированной стороной к лакированной первой и т.д;
3. Когда окно каркаса заполнится, накладывают скобы и туго стягивают болтами;
4. Через 1-3 мин, когда выдавливание лака из зазоров видимо прекратится, добавляют пластин снова до заполнения окна;
5. Повторяют пп. 2-4, пока окно не будет туго набито сталью;
6. Снова туго стягивают сердечник и сушат на батарее и т.п. 3-5 суток.

Собранный по такой технологии сердечник имеет очень хорошие изоляцию пластин и заполнение сталью. Потерь на магнитострикцию вообще не обнаруживается. Но учтите – для сердечников их пермаллоя данная методика неприменима, т.к. от сильных механических воздействий магнитные свойства пермаллоя необратимо ухудшаются!

На микросхемах

УМЗЧ на интегральных микросхемах (ИМС) делают чаще всего те, кого устраивает качество звука до среднего Hi-Fi, но более привлекает дешевизна, быстрота, простота сборки и полное отсутствие каких-либо наладочных процедур, требующих специальных знаний. Попросту, усилитель на микросхемах – оптимальный вариант для «чайников». Классика жанра здесь – УМЗЧ на ИМС TDA2004, стоящей на серии, дай бог памяти, уже лет 20, слева на рис. Мощность – до 12 Вт на канал, напряжение питания – 3-18 В однополярное. Площадь радиатора – от 200 кв. см. для максимальной мощности. Достоинство – способность работать на очень низкоомную, до 1,6 Ом, нагрузку, что позволяет снимать полную мощность при питании от бортовой сети 12 В, а 7-8 Вт – при 6-вольтовом питании, напр., на мотоцикле. Однако выход TDA2004 в классе В некомплементарный (на транзисторах одинаковой проводимости), поэтому звучок точно не Hi-Fi: КНИ 1%, динамика 45 дБ.

Звуковые усилители на микросхемах TDA

Более современная TDA7261 звук дает не лучше, но мощнее, до 25 Вт, т.к. верхний предел напряжения питания увеличен до 25 В. Нижний, 4,5 В, все еще позволяет запитываться от 6 В бортсети, т.е. TDA7261 можно запускать практически от всех бортсетей, кроме самолетной 27 В. С помощью навесных компонент (обвязки, справа на рис.) TDA7261 может работать в режиме мутирования и с функцией St-By (Stand By, ждать), переводящей УМЗЧ в режим минимального энергопотребления при отсутствии входного сигнала в течение определенного времени. Удобства стоят денег, поэтому для стерео нужна будет пара TDA7261 с радиаторами от 250 кв. см. для каждой.

Примечание: если вас чем-то привлекают усилители с функцией St-By, учтите – ждать от них динамики шире 66 дБ не стоит.

«Сверхэкономична» по питанию TDA7482, слева на рис., работающая в т. наз. классе D. Такие УМЗЧ иногда называют цифровыми усилителями, что неверно. Для настоящей оцифровки с аналогового сигнала снимают отсчеты уровня с частотой квантования, не мене чем вдвое большей наивысшей из воспроизводимых частот, величина каждого отсчета записывается помехоустойчивым кодом и сохраняется для дальнейшего использования. УМЗЧ класса D – импульсные. В них аналог непосредственно преобразуется в последовательность широтно-модулированных импульсов (ШИМ) высокой частоты, которая и подается на динамик через фильтр низких частот (ФНЧ).

Импульсные звуковые усилители класса D на микросхемах

Звук класса D с Hi-Fi не имеет ничего общего: КНИ в 2% и динамика в 55 дБ для УМЗЧ класса D считаются очень хорошими показателями. И TDA7482 здесь, надо сказать, выбор не оптимальный: другие фирмы, специализирующиеся на классе D, выпускают ИМС УМЗЧ дешевле и требующие меньшей обвязки, напр., D-УМЗЧ серии Paxx, справа на рис.

Из TDAшек следует отметить 4-канальную TDA7385, см. рис., на которой можно собрать хороший усилитель для колонок до среднего Hi-Fi включительно, с разделением частот на 2 полосы или для системы с сабвуфером. Расфильтровка НЧ и СЧ-ВЧ в том и другом случае делается по входу на слабом сигнале, что упрощает конструкцию фильтров и позволяет глубже разделить полосы. А если акустика сабвуферная, то 2 канала TDA7385 можно выделить под суб-УНЧ мостовой схемы (см. ниже), а остальные 2 задействовать для СЧ-ВЧ.

4-канальный УМЗЧ на микросхеме

УМЗЧ для сабвуфера

Сабвуфер, что можно перевести как «подбасовик» или, дословно, «подгавкиватель» воспроизводит частоты до 150-200 Гц, в этом диапазоне человеческие уши практически не способны определить направление на источник звука. В АС с сабвуфером «подбасовый» динамик ставят в отельное акустическое оформление, это и есть сабвуфер как таковой. Сабвуфер размещают, в принципе, как удобнее, а стереоэффект обеспечивается отдельными СЧ-ВЧ каналами со своими малогабаритными АС, к акустическому оформлению которых особо серьезных требований не предъявляется. Знатоки сходятся на том, что стерео лучше все же слушать с полным разделением каналов, но сабвуферные системы существенно экономят средства или труд на басовый тракт и облегчают размещение акустики в малогабаритных помещениях, почему и пользуются популярностью у потребителей с обычным слухом и не особо взыскательных.

«Просачивание» СЧ-ВЧ в сабвуфер, а из него в воздух, сильно портит стерео, но, если резко «обрубить» подбасы, что, кстати, очень сложно и дорого, то возникнет очень неприятный на слух эффект перескока звука. Поэтому расфильтровка каналов в сабвуферных системах производится дважды. На входе электрическими фильтрами выделяются СЧ-ВЧ с басовыми «хвостиками», не перегружающими СЧ-ВЧ тракт, но обеспечивающими плавный переход на подбас. Басы с СЧ «хвостиками» объединяются и подаются на отдельный УМЗЧ для сабвуфера. Дофильтровываются СЧ, чтобы не портилось стерео, в сабвуфере уже акустически: подбасовый динамик, ставят, напр., в перегородку между резонаторными камерами сабвуфера, не выпускающими СЧ наружу, см. справа на рис.

Усилитель и акустика для сабвуфера

К УМЗЧ для сабвуфера предъявляется ряд специфических требований, из которых «чайники» главным считают возможно большую мощность. Это совершенно неправильно, если, скажем, расчет акустики под комнату дал для одной колонки пиковую мощность W, то мощность сабвуфера нужна 0,8(2W) или 1,6W. Напр., если для комнаты подходят АС S-30, то сабвуфер нужен 1,6х30=48 Вт.

Гораздо важнее обеспечить отсутствие фазовых и переходных искажений: пойдут они – перескок звука обязательно будет. Что касается КНИ, то он допустим до 1% Собственные искажения басов такого уровня не слышны (см. кривые равной громкости), а «хвосты» их спектра в лучше всего слышимой СЧ области не выберутся из сабвуфера наружу.

Во избежание фазовых и переходных искажений усилитель для сабвуфера строят по т. наз. мостовой схеме: выходы 2-х идентичных УМЗЧ включают встречно через динамик; сигналы на входы подаются в противофазе. Отсутствие фазовых и переходных искажений в мостовой схеме обусловлено полной электрической симметрией путей выходного сигнала. Идентичность усилителей, образующих плечи моста, обеспечивается применением спаренных УМЗЧ на ИМС, выполненных на одном кристалле; это, пожалуй, единственный случай, когда усилитель на микросхемах лучше дискретного.

Примечание: мощность мостового УМЗЧ не удваивается, как думают некоторые, она определяется напряжением питания.

Пример схемы мостового УМЗЧ для сабвуфера в комнату до 20 кв. м (без входных фильтров) на ИМС TDA2030 дан на рис. слева. Дополнительная отфильтровка СЧ осуществляется цепями R5C3 и R’5C’3. Площадь радиатора TDA2030 – от 400 кв. см. У мостовых УМЗЧ с открытым выходом есть неприятная особенность: при разбалансе моста в токе нагрузки появляется постоянная составляющая, способная вывести из строя динамик, а схемы защиты на подбасах часто глючат, отключая динамик, когда не надо. Поэтому лучше защитить дорогую НЧ головку «дубово», неполярными батареями электролитических конденсаторов (выделено цветом, а схема одной батареи дана на врезке.

Немного об акустике

Акустическое оформление сабвуфера – особая тема, но раз уж здесь дан чертеж, то нужны и пояснения. Материал корпуса – МДФ 24 мм. Трубы резонаторов – из достаточно прочного не звенящего пластика, напр., полиэтилена. Внутренний диаметр труб – 60 мм, выступы внутрь 113 мм в большой камере и 61 в малой. Под конкретную головку громкоговорителя сабвуфер придется перенастроить по наилучшему басу и, одновременно, по наименьшему влиянию на стереоэффект. Для настройки трубы берут заведомо большей длины и, задвигая-выдвигая, добиваются требуемого звучания. Выступы труб наружу на звук не влияют, их потом отрезают. Настройка труб взаимозависима, так что повозиться придется.

Усилитель для наушников

Усилитель для наушников делают своими руками чаще всего по 2-м причинам. Первая – для слушания «на ходу», т.е. вне дома, когда мощности аудиовыхода плеера или смартфона не хватает для раскачки «пуговок» или «лопухов». Вторая – для высококлассных домашних наушников. Hi-Fi УМЗЧ для обычной жилой комнаты нужен с динамикой до 70-75 дБ, но динамический диапазон лучших современных стереонаушников превышает 100 дБ. Усилитель с такой динамикой стоит дороже некоторых автомобилей, а его мощность будет от 200 Вт в канале, что для обычной квартиры слишком много: прослушивание на сильно заниженной против номинальной мощности портит звук, см. выше. Поэтому имеет смысл сделать маломощный, но с хорошей динамикой отдельный усилитель именно для наушников: цены на бытовые УМЗЧ с таким довеском завышены явно несуразно.

Усилители для наушников на транзисторах и микросхемах

Схема простейшего усилителя для наушников на транзисторах дана на поз. 1 рис. Звук – разве что для китайских «пуговок», работает в классе B. Экономичностью тоже не отличается – 13-мм литиевых батареек хватает на 3-4 часа при полной громкости. На поз. 2 – TDAшная классика для наушников «на ход». Звук, впрочем, дает вполне приличный, до среднего Hi-Fi смотря по параметрам оцифровки трека. Любительским усовершенствованиям обвязки TDA7050 несть числа, но перехода звука на следующий уровень классности пока не добился никто: сама «микруха» не позволяет. TDA7057 (поз. 3) просто функциональнее, можно подключать регулятор громкости на обычном, не сдвоенном, потенциометре.

УМЗЧ для наушников на TDA7350 (поз. 4) рассчитан уже на раскачку хорошей индивидуальной акустики. Именно на этой ИМС собраны усилители для наушников в большинстве бытовых УМЗЧ среднего и высокого класса. УМЗЧ для наушников на KA2206B (поз. 5) считается уже профессиональным: его максимальной мощности в 2,3 Вт хватает и для раскачки таких серьезных изодинамических «лопухов», как ТДС-7 и ТДС-15.

На закуску

В заключение – полнейшая экзотика, усилитель для наушников… на лампах, см. рис., причем всего один канал, для другого нужны еще такие же раритеты. Хотя в этом усилителе реализованы едва ли не все ламповые ритуалы (кроме, пожалуй фиксированного смещения от батареек), он не только и не столько дань любезности вакуумным аудиофилам: при прослушивании на ТДС-7 через этот усилитель сквозного аналога звук, по сравнению с KA2206B, заметно улучшается.

Ламповый усилитель для наушников

***

© 2012-2020 Вопрос-Ремонт.ру

что еще почитать:

cxema.org — Самый качественный усилитель звука

Высокое входное сопротивление и неглубокая ОС — основной секрет теплого лампового звучания. Ни для кого не секрет, что именно на лампах реализуются самые высококачественные и дорогие усилители, которые относятся к разряду HI-End. Давайте поймем, что такое качественный усилитель? Качественным имеет право называться тот усилитель мощности НЧ, который полностью повторяет форму входного сигнала на выходе, не искажая его, разумеется выходной сигнал уже усиленный. В сети можно встретить несколько схем действительно высококачественных усилителей, которые имеют право относится к разряду HI-End и совсем не обязательна ламповая схематика. Для получения максимального качества, нужен усилитель, выходной каскад которого работает в чистом классе А. Максимальная линейность схемы дает минимальное кол-во искажений на выходе, поэтому в строении высококачественных усилителей особое внимание уделяется именно этому фактору. Ламповые схемы хороши, но не всегда доступны даже для самостоятельной сборки, а промышленные ламповые УМЗЧ от брендовых производителей стоят от нескольких тысяч, до нескольких десятков тысяч долларов США — такая цена уж точно не по карману многим.

Возникает вопрос — можно ли аналогичных результатов добиться от транзисторных схем ? ответ будет в конце статьи.

Линейных и сверхлинейных схем усилителей мощности НЧ достаточно много, но схему, которая будет сегодня рассмотрена является ультралинейной схемой высокого качества, которая реализована всего на 4-х транзисторах. Схема была создана в далеком 1969 году, британским инженером-звуковиком Джоном Линсли-Худом (John Linsley-Hood). Автор является создателем еще нескольких высококачественных схем, в частности класса А. Некоторые знатоки называют этот усилитель самым качественным среди транзисторных УНЧ и я в этом убедился еще год назад.

Первая версия такого усилителя была представлена на нашем сайте. Удачная попытка реализации схемы заставила создать двухканальный УНЧ по этой же схеме, собрать все в корпусе и использовать для личных нужд.

Особенности схемы

Не смотря на простоту, схема имеет несколько особенностей. Правильный режим работы может нарушиться из-за неправильной разводки платы, неудачного расположения компонентов, неправильное питание и т.п..

Именно питание — особо важный фактор — крайне не советую питать данный усилитель от всевозможных блоков питания, оптимальный вариант аккумулятор или блок питания с параллельно включенным аккумулятором.

Мощность усилителя составляет 10 ватт с питанием 16 Вольт на нагрузку 4 Ом. Саму схему можно приспособить для головок 4, 8 и 16 Ом.

Мною была создана стереофоническая версия усилителя, оба канала расположены на одной плате.

 Поскольку оригинальных транзисторов схемы не удалось найти, пришлось использовать аналоги. Вся база — отечественная. Первый транзистор (где собственно формируется звук) поставил германиевый, на слух он звучит лучше. Можно использовать любые П-Н-П германиевые транзисторы малой мощности МП25 и ему подобные. Транзистор при желании можно заменить на КТ361 или не менее шумные.

Второй — предназначен для раскачки выходного каскада, поставил КТ801 (раздобыл достаточно трудно.

В самом выходном каскаде поставил мощные биполярные ключи обратной проводимости — КТ803 именно с ними получил несомненно высокое качество звучание, хотя экспериментировал со многими транзисторами — КТ805, 819 , 808, даже поставил мощные составные — КТ827, с ним мощность на много выше, но звук не сравниться с КТ803, хотя это лишь мое субъективное мнение.

Входной конденсатор с емкостью 0,1-0,33мкФ, нужно использовать пленочные конденсаторы с минимальной утечкой, желательно от известных производителей, тоже самое и с выходным электролитическим конденсатором.

Если схема рассчитана под нагрузку 4 Ом, то не стоит повышать напряжение питания выше 16-18 Вольт.

Звуковой регулятор решил не поставить, он в свою очередь тоже оказывает влияние на звук, но параллельно входу и минусу желательно поставить резистор 47к.

Сама плата — макетная. С платой пришлось долго повозиться, поскольку линии дорожек тоже оказывали некое влияние на качество звука в целом. Этот усилитель имеет очень широкий диапазон воспроизводимых частот, от 30 Гц до 1мГц.

Настройка — проще простого. Для этого нужно переменным резистором добиться половины питающего напряжения на выходе. Для более точной настройки стоит использовать многооборотный переменный резистор. Один шуп мультиметра присоединяем с минусом питания, другой ставим к линии выхода, т.е к плюсу электролита на выходе, таким образом, медленно вращая переменник добиваемся половины питания на выходе.

Ток покоя усилителя составляет 0,5-0,7А и это вполне нормально для класса А. КПД схемы — не более 25%, вся основная мощность источника питания превращается в ненужное тепло, которое выделяется транзисторами выходного каскада, поэтому им нужно интенсивное охлаждение, возможно понадобиться и кулер.

Все электролитические конденсаторы подбираются на 25 Вольт, хотя можно и на 16.

О звучании.

Ну, что тут сказать, чище звука еще не слышал, даже от некоторых ламповых усилителей, максимальная детальность каждой ноты, кажется, что играет живой оркестр, божественно чистый — и этим все сказано. Однозначно, эта схема может звучать лучше, чем многие ламповые усилители. Без подачи сигнала на вход из акустики нет никаких писков и шумов, даже очень тихих, а любой известный мне усилитель не способен на такой. Сравнивал звук с LM1875, с тда 2030, даже с STK412-010 и схемой ланзара — линсли худ на много лучше и чище.

В дальнейшем планируется собрать стильный корпус для этого усилителя, но об этом в другой раз.

Печатная плата

С уважением — АКА КАСЬЯН

Схемы усилителей | 2 Схемы

Схемы принципиальные усилителей звука разной мощности — для наушников, компьютерных колонок и мощных АС 100-1000 ватт. Все УНЧ подходят для сборки своими руками (есть печатные платы).

Среди усилителей мощности звука на 100 Вт очень интересной выглядит популярная схема «Mini Strong», где честных RMS 100 Вт обеспечиваются силовыми транзисторами 2SA1943 и +/-42 …

Согласно проекту, этот транзисторный УМЗЧ должен давать максимум 500 Вт синусоидальной мощности при нагрузке 4 Ом (в конфигурации моста), другими словами, 2x 250 Вт при …

Класс A — как много в этом звуке, для сердца нашего сплелось, как много в нём отозвалось! Разрешите представить усилитель, работающий по принципу «минимум КПД …

Сегодня хотел бы представить неплохой усилитель мощности звука на дешевых м/с TDA2030 и предварительный усилитель на LM1036. Так как это мой первый усилитель, то понимаю, …

Всё началось с того, что фирменный усилитель мощности звука сгорел, так что решил заменить его на другой, более мощный и естественно самодельный. Сначала покупка новых …

После нескольких вариантов сборки дешевых китайских усилителей звука на TDA2030 и иже с ними пришло время для чего-то более серьезного. Выбор пал на фирменные транзисторные …

Представляем усилитель на малоизвестных для многих микросхемах LM3876, которые используются для чего-то вроде квадроусиления. Тут нет двух усилителей с двумя отдельными схемами электропитания, а есть …

Использование мощных усилителей (с Pout более 200 Ватт) оправдано даже для дома. Ведь УМЗЧ будет всегда работать на десятой части своей мощности, что крайне хорошо …

Построить корпус к сабвуферу не проблема, проблема как управлять тем НЧ динамиком? Вначале творческих изысканий сделал усилитель на основе попсовых интегральных микросхем TDA7294, LM3886, LM4780. …

Одна из самых популярных среди аудиофилов конструкций УМЗЧ — усилитель мощности Holton. Собраный по этой схеме он выдаёт 2 х 100 Вт. Каждый канал состоит …

Представляем ещё один самодельный усилителя на знаменитой микросхеме TDA7294. Это усилитель по системе 2.1. Канал сабвуфера — это TDA7294 в мостовом включении, а на стереоканалы …

Обзор знаменитой схемы двухтактного усилителя класса A, использующего JFET и MOSFET в очень простой двухступенчатой комплементарной схеме включения — немного похожей на Aleph J. Данный …

По мнению многих радиолюбителей, LM3886 — одна из самых уважаемых микросхем для усилителей звука. Причиной её популярности является очень низкий уровень искажений, минимальные внешние компоненты …

Отличная микросхема для сборки самодельного усилитель с довольно большой мощностью это TDA2050. Но представленная инструкция подходит и к любой другой похожей по структуре м/с, например …

Недавно прослушанный у друга усилитель побудил тоже сделать себе А-класс УНЧ на наушники. Конструкция этого усилителя настолько проста, что даже начинающим радиолюбителям это удастся. В …

Усилитель выполнен в виде двух моноблоков, скрученных вместе и так как несмотря на то, что схема была разработана лет 30 назад, звук действительно отличный. Усилитель …

Это несложное, но очень полезное в быту устройство — самодельный усилитель звука для наушников, он питается от двух AAA батареек на 3 В и имеет …

Представляем концепцию двух стереоусилителей с низким энергопотреблением и рабочим напряжением для питания небольших колонок или наушников. Было несколько мотивов для реализации этого проекта. Одним из …

Различные усилители звука, как микрофонные, так и мощные оконечные УМЗЧ, нуждаются при настройке в эталонном сигнале постоянной величины. Многие испытывают и настраивают схемы УНЧ просто …

Усилитель. Под этим словом большинство людей понимают обычную коробку с парой регуляторов и кнопок. Новички в электронике уже представляют, что это такая плата с микросхемой, …

Принципиальная схема усилителя

   Качественный усилитель на специальной микросхеме TDA7294. В клубе недавно сломался усилитель. Новый УНЧ появится только через пол года. Ну и что мне оставалось делать? Конечно же собрать свой. Поискав в интернете похожее, всё стало на свои места. Принципиальнгая схема очень лёгкая. Характеристики так-же радуют. Один такой усилитель звука выдаёт 100ватт, что неплохо для клуба.

   Характеристики УМЗЧ:

Питание — Двухполярное (от +-12 до +-40V)
F вых. — 20-20000 Hz
Р вых.max (пит.+-40V, Rн=8оМ) — 100W
Р вых.max (пит.+-35V, Rн=4оМ) — 100W
К гарм (Рвых=0.7Рmax) — <0.1%
Uвх — 700мВ

   Схема рабочая на 100%, так как многие её успешно повторяли. Если всё правильно запаяно и проверенно, то нет проблем. Лично собирал 2 схемы на общую мощность 200 ватт. Всё отлично, звучание хорошее, без помех, одно только плохо: микросхемы сильно греются. Поэтому у меня стояли 2 огромных радиатора + куллер. Дорожки лучше залудить, микросхемы потребляют большой ток. Вот фото сего девайса:

   Пробовал для эксперимента питать микросхему от +-45 вольт — микросхема работала нормально. Помните, для TDA7293 предельное напряжение 60В (50 макс.норм.). Цена микросхем 3$ за штуку, что весьма дешево для усилителя подобного класса! В общем кому нужен хороший усилитель для различных целей — рекомендую собрать данную схему!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

Усилители звука

Усилители звука умеренной мощности для небольших динамиков или другие легкие нагрузки могут быть сконструированы разными способами. Первый выбор обычно интегральная схема, предназначенная для этой цели, такая как LM386 или новые типы коммутации класса D, которые часто принимают цифровые данные вместо простых аудио напряжение. Дискретные конструкции также могут быть построены с доступными транзисторами или операционными усилителями и многие дизайны представлены в примечаниях производителей к применению.Использованы старые дизайны аудио межкаскадные и выходные трансформаторы, но стоимость и размер этих частей заставил их почти исчезнуть. Вот несколько простых в сборке схем аналогового аудиоусилителя для различных приложений для хобби:

Простой усилитель звука LM386

Этот простой усилитель демонстрирует LM386 с высоким коэффициентом усиления. конфигурация (A = 200). Чтобы получить максимальное усиление всего 20, не учитывайте 10 мкФ. подключен от контакта 1 к контакту 8. Может быть реализовано максимальное усиление от 20 до 200 путем добавления выбранного резистора последовательно с тем же конденсатором 10 мкФ.10к потенциометр даст усилителю регулируемый коэффициент усиления от нуля до этого максимум.

Я переместил эту схему в Площадь 50 как бы немного экспериментальный.

Удивительно низкий уровень шума Усилитель

Усилитель с удивительно низким уровнем шума использует преимущества прекрасные шумовые характеристики полевого транзистора 2SK117, который может похвастаться шумовым напряжением ниже 1 нВ / корень-Гц и практически отсутствует шумовой ток.Напряжение шума усилитель составляет всего 1,4 нВ / корень-Гц при 1 кГц, увеличиваясь до 2,7 нВ / корень-Гц при 10 Гц. Шумовой ток сложно измерить, поэтому эта простая утилита Усилитель может видеть шум от резистора 50 Ом и резистора 100 кОм. (Шум 1,4 нВ, приведенный к входу, возрастет примерно до 1,7 нВ при сопротивлении 50 Ом. резистор, вместо короткого, и резистор 100 кОм даст указанное на входе шум около 40 нВ с очень небольшим вкладом от усилителя.)

Этот усилитель представляет собой «служебный» усилитель с коэффициентом усиления 100, что обычно будет используется в лабораторных условиях для усиления крошечных сигналов для измерения или дальнейшего обработка. Он не предназначен для прямого подключения динамика или наушников. (Это вполне может управлять LM386.) Схема представляет собой простой дискретный транзистор. схема обратной связи с двумя каскадами усиления и уникальным выходным буфером класса A:

• 2sk117 из диапазона тока «BL» Idss и выбран для Idss около 7 мА.Резистор стока регулируется для достижения около 4 вольт на стоке, и значение зависит от Idss JFET.

• Большинство резисторов не критично, но значения точности показано, потому что резисторы должны быть металлопленочными для лучшего шума представление. Приблизительные значения постоянного напряжения показаны для помощи с резистором. выбор. Отклонение от указанного напряжения приведет к уменьшению доступной выходной мощности. колебания напряжения, но усилитель может нормально работать и для более слабых сигналов.Выгружен размах должен быть около 6 вольт, размах при входном размахе около 60 мВ, до искажения наблюдается.

• MPSA18 действует как фильтр шума. Здесь желателен высокий прирост чтобы сохранить разумную емкость конденсатора основного фильтра, но 2N4401 может быть заменяется уменьшением 10k и 120k в 5 раз. Фильтр по-прежнему будет снижаться шумовое напряжение от источника питания 15 В выше примерно 0,2 Гц. Но некоторые блоки питания могут быть действительно шумными!

• 0.Конденсаторы емкостью 1 мкФ служат как шунтирующие конденсаторы, но в основном как клеммы для крепления компонентов. Это белые прямоугольники на Фото.

• Резистор обратной связи выбран с коэффициентом усиления ровно 100 и значение намного выше ожидаемого 1k из-за ограниченного усиления разомкнутого контура простая схема.

• Небольшой резистор включен последовательно с выходом для стабильность, и этот резистор может немного уменьшить усиление при движении с более низким сопротивление нагрузки.Дизайнер может выбрать настройку усиления для этого конкретного нагрузка, скажем, 75 Ом, или для нагрузки с высоким сопротивлением. Схема может управлять более низким сопротивление более 100 Ом, но раскачка будет несколько ограничена. Это может можно не использовать резистор 33 Ом без проблем со стабильностью. (Обычно, такой сетевой усилитель управляет нагрузкой с гораздо более высоким сопротивлением, обычно 600 Ом или выше.) Примечание: чтобы дать вам представление о том, как вы может играть с выходным сопротивлением, я только что изменил серийный выход своего устройства резистор на 55 Ом и отрегулировал усиление на 35 дБ при нагрузке 75 Ом.Без нагрузки усиление ровно на 5 дБ выше при 40 дБ. Таким образом, у меня четное число выигрывает независимо от того, управляете ли вы инструментом на 75 Ом или устройством с высоким Z. Выходной буфер не имеет проблем с управлением общей нагрузкой 125 Ом с пределом качания около 3,5 вольт, п-п.

• Выходной каскад представляет собой необычную схему самосмещения, в которой PNP поддерживает напряжение затвор-исток около 0,6 вольт, что приводит к некоторой нагрузке на JFET. ниже его Idss. 2N5486 был выбран, чтобы не тратить слишком много тока, но более высокий Idss JFET при желании даст больше возможностей привода.

• Входное сопротивление: 47 МОм (устанавливается резистором смещения), шунтируется 20 пФ

• Выходное сопротивление: 36 Ом, устанавливается последовательным резистором плюс около 3 Ом. Ом от цепи. Мой резистор на 55 Ом, упомянутый выше дает выход Z около 58 Ом и ровно 5 дБ потерь усиления от холостого хода до 75 Ом.

• Размах выходного напряжения: 6 вольт размах в нагрузке с высоким сопротивлением.

• Усиление: 100 (40 дБ) устанавливается резистором обратной связи. Более низкий прирост может быть выбран для более широкой полосы пропускания.

• Частотная характеристика: ровная от 1 Гц до 2 МГц.

• Входной шум: 1,4 нВ, возрастающий до 2,7 нВ при 10 Гц. Шумовой ток имеет пока ускользает от измерений, но это действительно низкое значение. С резистором 97,3 кОм (100 кОм параллельно с 3,6 мегапикселями), подключенными ко входу, измеряется напряжение шума в пределах крошечной доли дБ от 40 нВ, так что ток шума практически отсутствует.Фактически, этот усилитель и выбранный резистор по своей природе создают точный шум. источник. Подключите 152 кОм через вход (в экранированной коробке), и у вас будет точный источник шума 5 мкВ / основной Гц во всем звуковом спектре (50 нВ раз 100). Быстрое измерение при 40 Гц дает 770 нВ / корень-Гц без подключения к сети; ожидается, что 47 МОм дадут 867 нВ. Это довольно близко и все еще небольшой шумовой ток от полевого транзистора.

Для еще большей производительности биполярные ступени могут быть заменен на малошумящий операционный усилитель.Входной шум немного снизится, возможно до 1 нВ, как и входная емкость, возможно, ниже 10 пФ. Компенсация Операционный усилитель может быть проблемой.

Вот еще версия с некоторыми интересные особенности. Есть двухтранзисторный шумовой шунт, который довольно эффективно очищает блок питания, и он будет хорошо работать с последовательным резистор всего 1 Ом. Но требуемый постоянный ток возрастает, если шум для шунтирования.Как и в случае со схемой «утонченности», она хороша только для удаления случайный шум, скажем, от трехполюсного регулятора, и будет перегружен большие шпоры или гул. Вот что он делает с тестовым источником (красный), вставленным в серия с блоком питания:

Для достижения наилучших результатов используйте транзисторы с высоким коэффициентом усиления. Обычный транзисторы дадут около 30 дБ отклонения, но значения резистора смещения могут необходимо изменить, чтобы увеличить ток примерно до 30 мА, в зависимости от от того, сколько шума нужно шунтировать.Схема имеет отличный минимальный уровень шума. Так что начните с хорошего источника питания, и шум будет выражаться в однозначных нановольтах. (Спайс думает меньше 1!)

Для специального применения, требующего минимальной нагрузки, усилитель включает обратную связь для начальной загрузки входной емкости до низкого значения (около 4 ПФ). Эта техника в сочетании с обратной связью с источником обычно приводит к ужасным звенит при некотором сопротивлении источника, но этот усилитель имеет только 1 дБ пика на худшее значение (около 30к).Запустить Моделирование LTSpice для просмотра кривых отклика для различных значений входного R (измените список по желанию). Щелкните правой кнопкой мыши команду .step param, чтобы оставить комментарий. выключите его и измените {R} на фиксированное значение, скажем 1 Ом, для проверки усилителя при сопротивление одиночного источника. Шум чуть ниже 1 нВ / корень герц. Этот усилитель работает до нижней части BCB для импеданса источника до 30 кОм. Это на данный момент это лишь небольшая реализация — следите за обновлениями.

Примечание: я подключил верх резистора 220 Ом непосредственно к источнику питания, чтобы уменьшить падение напряжения 4.Резистор 7 Ом. Если лишнее падение не проблема, схема работает немного лучше с верхом 220 Ом, подключенного к правой стороне резистора 4,7 Ом.

Когда я говорю «при использовании этой схемы питание может быть ужасным», я означает в терминах случайного шума, скажем, от трехполюсного регулятора LM7815 (сотни нВ / корень-Гц). Этот шумовой шунт не может работать с нерегулируемыми источниками или много огромных скачков мощности. Какой бы ни был шум, он будет генерировать ток в небольшом резисторе (при условии, что цепь работает) и в цепи должен иметь возможность шунтировать этот ток.При смещении 30 мА схема выдерживает около + — 25 мА, так что вышеуказанная схема с резистором 4,7 Ом может выдержать чуть менее 250 мВ p-p. Опустите резистор до 1 Ом и предел больше как 50 мВ p-p, вполне в пределах ожиданий для трехконтактного регулятора, но не способного удаления сильной пульсации или больших переходных процессов.

Источник белого шума

Вот 1 мкВ / корень-Гц источник шумового напряжения, который будет управлять нагрузкой 50 Ом с частотой ниже 10 Гц до более 500 кГц.Шунт шума фактически стабилизирует цепь от батареи. сопротивление, обычный путь обратной связи в таких простых схемах. Потребляемый ток меньше 20 мА.

Примечание: я подключил верх резистора 220 Ом непосредственно к источнику питания, чтобы уменьшить падение на резисторе 3,3 Ом. Если лишнее падение не проблема, схема работает немного лучше с верхом 220 Ом, подключенного к правой стороне 4.Резистор 7 Ом.

Computer Audio Booster

Вот простой усилитель для поднятия уровня звука от маломощных звуковых карт или другие источники звука, управляющие небольшими динамиками, такими как игрушки или небольшие транзисторные радиоприемники. В Схема обеспечивает около 2 Вт, как показано. Детали не критичны и замены обычно работают. Два резистора 2,2 Ом можно заменить одним Резисторы 3,9 Ом в каждом эмиттере.

На схеме выше показан 4-транзисторный универсальный усилитель, подходящий для различных проектов, включая приемники, домофоны, микрофоны, телефонные приемные катушки и общий аудиомониторинг.Усилитель имеет схему развязки по мощности и полосу пропускания. ограничение для уменьшения колебаний и «катания на лодке». Ценности не особо критических и умеренных отклонений от указанных значений не будет. значительно ухудшить производительность.

Для большинства рекомендуются трехэлементные аккумуляторные батареи с напряжением около 4,5 В. Бестрансформаторные усилители звука, управляющие небольшими динамиками на 8 Ом. Срок службы батареи будет значительно длиннее, чем прямоугольная батарея на 9 В, и сопротивление ячейки останется меньше в течение срока службы батареи, что приводит к меньшим искажениям и проблемам со стабильностью.

Усилитель может быть модифицирован для работы от 9-вольтовой батареи, если это необходимо, перемещая точка смещения выходных транзисторов. Понижение резистора 33к, подключенного со второго база транзистора относительно земли примерно до 10 кОм будет перемещать напряжение на выходе электролитического конденсатор примерно на 1/2 напряжения питания. Это изменение смещения дает больший размах сигнала перед происходит отсечение, и в этом изменении нет необходимости, если громкость достаточна.

Как и раньше, два 4.7 Ом резисторы могут быть заменены одним резистором 10 Ом последовательно с любым эмиттером.

Операционный усилитель звука

Вышеупомянутая схема представляет собой универсальный аудиоусилитель с низкой стоимостью. LM358 операционный усилитель. Дифференциальные входы обеспечивают отличную устойчивость усилителя к синфазным помехам. сигналы, которые являются частой причиной нестабильности усилителя. Пунктирное заземление представляет проводку в типичном проекте, показывающем, как вход датчика заземления может быть подключенным к земле в источнике звука, а не в усилителе, где присутствуют высокие токи.Если источником является опорный сигнал источника питания, то один из Входы усилителя подключены к положительному источнику питания. Например, NPN предусилитель с общим эмиттером может быть добавлен для очень высокого усиления и путем подключения дифференциальные входы через резистор коллектора, а не от коллектора к земле, дестабилизирующая обратная связь через источник питания значительно снижается. Кстати, LM358 — довольно плохой аудиоусилитель, и вы, возможно, захотите переключиться на лучший часть для уменьшения искажений.Откровенно говоря, для маленького настольного усилителя вы никогда не обратите внимание на искажение.

Crystal Radio (и другое назначение) Усилитель звука

Усилители звука класса A

Аудиоусилитель класса A является довольно расточительным по мощности, но при большом количестве мощность доступна, простота привлекательна. Вот простой транзистор Дарлингтона пример, предназначенный для использования с блоком питания 5 вольт:

Эта и следующие схемы не для начинающих; они имеют ограниченную полезность и требуют понимания основные принципы и потенциальные применения.Все они проходят через DC громкоговоритель, который расточителен и может вызвать проблемы у неопытных строитель. Если они построены без изменений, они должны работать, как описано, но делать обязательно прочтите текст.

5 вольт должны обеспечиваться регулируемым источником питания. Эффективность ниже 25%, и в динамике протекает значительный постоянный ток, и эта дополнительная мощность должно соответствовать номинальной мощности динамика. Но посмотрите, как это просто! В коэффициент усиления по напряжению составляет всего около 20, а входное сопротивление составляет около 12 кОм.Схема показывает два значения резистора смещения, которые должны использоваться с соответствующим импедансом динамика. С Резистор смещения 150 кОм и динамик 8 Ом, схема потребляет около 210 мА (1 Вт) и может доставляет около 250 мВт на динамик, что достаточно для большинства небольших проектов. Динамик должен быть рассчитан на 500 мВт или более и иметь сопротивление постоянному току. около 8 Ом (возможно, 7 Ом). Проверить кандидата в громкоговорители омметром; намного ниже 7 Ом вызовет чрезмерное потребление тока.С резистором 220 кОм и динамиком 16 Ом Схема потребляет около 100 мА (500 мВт) и выдает около 125 мВт на динамик. 16 Ом динамик должен быть рассчитан на 200 мВт или более и иметь сопротивление постоянному току почти 16 Ом. (Большинство маленьких динамиков имеют сопротивление постоянному току, близкое к номинальному импедансу, а это сопротивление используется для установки уровня тока покоя в этой схеме.) Другие NPN транзисторы Дарлингтона будет работать, но выберите тот, который может рассеивать минимум 1 ватт. Большинству типов мощности не нужен радиатор, но крошечные TO92 могут перегреться.

Если неэффективность класса А вас еще не разубедила, вот 4-транзисторный усилитель для слабых сигналов:

Входное сопротивление составляет около 5000 Ом, а частотная характеристика ровная. от 30 Гц до более 20 000 Гц. С динамиком на 8 Ом потребляемый ток составляет около 215 мА и усиление около 1700 (64 дБ). С динамиком на 16 Ом коэффициент усиления по току составляет около 110 мА. и усиление около 2500 (68 дБ).Регулятор громкости можно добавить, подключив один конец потенциометра 5k на массу, дворник на вход усилителя. Другой конец горшок становится входом.

Посмотрим правде в глаза; практически любой из различных усилителей звука IC дает больше смысл, чем этот неэффективный дизайн. Но в этой схеме используются детали только с 3 ножками. Умм, это не использует конденсаторы большой емкости, за исключением шунтирования источника питания. Посмотрим, это больше веселье. Что ж, давайте посмотрим, сможем ли мы создать проект, в котором используются преимущества неэффективность:

Итак, что это?

Это модулированный световой излучатель! Подключите вход к источнику звука или микрофон (динамик будет работать) и звук будет амплитудно модулировать свет интенсивность.Неэффективность класса-А сейчас работает в нашу пользу, зажигая лампу до средняя яркость без звука. Собственно при лампочке на 4,7 вольта лампа будет почти полной яркости и будет «перегружен» на пиках звука. Лампа с более высоким напряжением прослужит дольше, но будет тусклее. Попробуйте лампочку на 6,8 вольт как компромисс. С чувствительным детектором, таким как фототранзистор, этот коммуникатор проработает несколько сотен футов (ночью). Наилучший диапазон реализуется, если Лампа устанавливается в типичный отражатель фонарика, и детектор устанавливается аналогичным образом.Входной конденсатор уменьшен до 0,01 мкФ, чтобы придать усилителю характер высоких частот. компенсировать медленный отклик лампочки. В любом случае звук будет немного приглушенным. Умный дизайнер мог бы использовать этот усилитель и для ресивера, переключая динамик. на вход для передачи и на выход для прослушивания. Если вы выберете детектор с хорошим инфракрасным откликом, как штыревой фотодиод, вы можете добавить пластиковые ИК-фильтры к заблокируйте окружающий свет и сделайте коммуникатор более заметным в ночное время.

Повышение напряжения до 12 В постоянного тока, замена лампочки на 3 ваттную, Динамик на 16 Ом и замена 0,01 мкФ на 1 мкФ дает аудиоусилитель, который обеспечивает мощность звука почти 1 ватт. Однако динамик нагревается! (Из-за почти 2 мощность постоянного тока в катушке динамика.)

Схема простейшего усилителя звука

Давно искал принципиальную схему хорошего стереоусилителя. Я не фанат Hi-Fi, я просто хотел создать простой стереоусилитель, который мог бы управлять некоторыми динамиками для моего настольного компьютера.

Все схемы, которые я смог найти, похоже, включают в себя множество компонентов, которые трудно найти, или вам приходилось использовать их вместе с предварительным усилителем или каким-либо другим усилительным каскадом. Это всегда заставляло меня колебаться.

Но недавно я нашел эту замечательную маленькую микросхему под названием TEA2025! Вам понадобится всего несколько конденсаторов, чтобы сделать из него приличный стереоусилитель. Он настолько прост в сборке, что я склеил его на картон всего за несколько часов.

2.Стереоусилитель 5 Вт * 2

На принципиальной схеме усилителя показан стереоусилитель 2,5 Вт * 2. Вы также можете сделать из него моноусилитель мощностью 5 Вт. (Для получения дополнительной информации см. Техническое описание TEA2025)

На стороне входа следует использовать сдвоенный потенциометр. Двойной потенциометр позволяет подключать левый и правый каналы к одному потенциометру.

Этот усилитель отлично подходит для использования вместе с некоторыми динамиками для получения звука на вашем настольном компьютере.Я подумываю поставить такой на кухне и в ванной. Тогда, возможно, подключите их к моей домашней сети и транслируйте музыку с сервера =) Есть много возможностей, когда вы можете сделать такой дешевый усилитель.

Схема усилителя и перечень деталей

Список запчастей

Общая стоимость компонентов (без динамиков) составляет около 9 долларов.Самый дорогой компонент — потенциометр (примерно 3-4 доллара).

Скачать схему Eagle и макет платы

Вот схемы (Eagle), макет печатной платы (Eagle) и файлы Gerber. Эта плата была изготовлена ​​в соответствии с правилами дизайна Seeed Studio (май 2013 г.).

Стереоусилитель-TEA2025- (Eagle)

Чем могу вам помочь?

Я хочу, чтобы больше людей создавали лучшие и крутые проекты. Каждый может стать лучше, даже если он абсолютный новичок или уже построил много трасс.

Дайте мне знать ваши комментарии и вопросы ниже!

, работа и детали усилителей Nx, Lm386

Аудиоусилитель — это базовая конфигурация схемы, которая требуется для усиления аудиосигнала, принимаемого через такое устройство, как микрофон, или аудиосигнала, который должен передаваться через динамик / радиоустройство / беспроводной передатчик и т. д.

На ранних стадиях, примерно в 1912 году, вакуумные трубки использовались для усиления звука, но примерно в 1970-х годах они были заменены на BJT и MOSFETS.Усилители мощности класса D (в которых используются транзисторы / полевые МОП-транзисторы) являются наиболее распространенными усилителями звука. Также можно использовать усилители мощности ClassAB, но ClassD более предпочтителен из-за его легкого веса и низких характеристик рассеивания тепла.

Аудиоусилители используются во многих приложениях от радиопередатчиков, Hi-Fi устройств, домашних аудиосистем, говорящих игрушек, роботов и даже в военных целях в качестве акустического оружия.

Базовый усилитель мощности , который предназначен для приема входного аудиосигнала низкой мощности и генерации выходного сигнала, состоящего из значения высокой мощности.Этот процесс усиления используется в различных областях, где электрический сигнал преобразуется в акустический сигнал. Усилители этого типа известны как усилители звука. Любая схема, обрабатывающая аудиосигнал, имеет усилитель звука как на входе, так и на выходе. Например, если микрофон принимает входной сигнал звуковой волны, ему необходимо предварительное усиление сигнала перед его дальнейшей обработкой и аналогично перед отправкой электрического сигнала в динамик, его необходимо усилить.

Схема усилителя звука состоит из транзистора, устройства для подачи входных сигналов и динамика на выходе. Транзисторы подключаются по необходимости. Важными факторами, которые необходимо учитывать при разработке аудиоусилителя, являются коэффициент усиления , шум, частотная характеристика и искажения . Чем выше коэффициент усиления, тем выше будут искажения и шум, однако отрицательная обратная связь снизит коэффициент усиления усилителя.

Схема усилителя звука

Усилитель работает не на одном этапе. Это усиление звуковых сигналов осуществляется на различных этапах. На основании критериев зала, инфраструктуры и значения импеданса происходит усиление сигналов. Мощность, генерируемая на выходе этих усилителей, зависит от их полезности.

Входной сигнал подается с помощью любого микрофона, и когда он достигает транзистора, происходят движения большинства и неосновных носителей.Если транзистор относится к типу n-p-n, в этом случае подключения источника питания обеспечиваются таким образом, чтобы ширина обедненной области была меньше, что указывает на то, что транзистор должен находиться в полностью проводящем режиме.

Усилители могут быть спроектированы с использованием нескольких транзисторов. На основе этих перемещений носителей сигнал достигает места назначения. Этот технологический сигнал, достигающий пункта назначения с копией входного сигнала, но с повышенной силой, известен как усиление .

Это примерно один каскад усиления, исходя из критериев, по которым это количество каскадов варьируется. Этапы зависят от значения силы усиления. Таким образом усилитель работает. В зависимости от критериев усиления он может варьироваться, но факторы, называемые импедансом, мощностью и т. Д., Остаются неизменными.

Существуют различные применения усилителей звука. Некоторые из них перечислены ниже:

1. В звуковых системах эти усилители получили наибольшее распространение.
2. В различных инструментах, относящихся к музыке, устанавливаются эти усилители.
3. В передаче радиосигналов используются эти усилители.
4. Для передачи сигналов на большие расстояния используются самые распространенные усилители.
5. Для беспроводной передачи сигналов требуется усиление звука.

Этот усилитель звука Nx представляет собой тип усилителя, который достаточно хорош для усиления силы звуковых сигналов.Этот усилитель выпускается в различных версиях. Каждая версия может быть разработана разными производителями. Он поддерживает усилители класса AB. Каждый тип поддерживает два канала. Различные версии обладают различными возможностями изменения максимальной мощности. Он также имеет различные значения импеданса.

Nx Audio Amplifiers

Таким образом, можно описать, что это усилитель, который относится к звуковому усилению с различными параметрами звука, такими как изменяющаяся мощность и изменяющийся импеданс.

Lm386 Audio Amplifier

Это своего рода операционный усилитель, который предназначен для выполнения определенных задач, например, если входной сигнал подается на усилитель, он модулируется в десять, сто раз и даже лучше.Это базовый усилитель в виде микросхемы, состоящей из 8 контактов. Начальный вывод, который равен 1, и, наконец, вывод, который равен 8, обозначают значения усиления этого конкретного усилителя. Это значение усиления можно отрегулировать, подключив к цепи конденсатор.

Lm386 Audio Amplifier

К нему подключен потенциометр, чтобы можно было регулировать громкость усилителя. В усилителях этого типа искажение усиленного сигнала будет низким. Этот вид микросхемы аудиоусилителя работает от аккумулятора.Поскольку контакты, которые используются в этом чипе, могут изменять и управлять коэффициентами усиления усилителя, он может действовать как гибкий усилитель. Следовательно, Lm386 может использоваться в различных приложениях портативных усилителей звука, ультразвуковых датчиков, преобразователей мощности и т. Д.

Аудиоусилители — это базовые усилители мощности, которые могут быть разных типов, так как они разработаны в различных версиях. С технической точки зрения существуют различные параметры, и даже параметры, относящиеся к инфраструктуре, также влияют на усиление звука.Усилители звука выполнены в виде микросхем и разного размера. Многие компании-производители проектируют этот набор усилителей на основе критериев, предоставленных клиентом. Лучшим практическим примером аудиоусилителя является сирена, которая может увеличивать мощность подаваемого сигнала и выдавать выходной сигнал с максимальной силой сигнала. А теперь можете привести еще один практический пример, на котором живо можно заметить применение аудиоусилителя?

Усилитель звука на базе LM386 | Полный проект с доступной схемой

Вот простая схема звукового усилителя на основе LM386 с прототипом автора, показанным ниже.

Аудиоусилитель на базе LM386: схема и работа

Принципиальная схема аудиоусилителя на основе LM386 показана на рис. 2. Он построен на популярном усилителе LM386 (IC1), 8-омном динамике мощностью 1 Вт (LS1), четырех конденсаторах и некоторых других компонентах. Для питания этого проекта используется батарея на 6 В.

В этой схеме используются четыре электролитических конденсатора [два 10 мкФ, 16 В (C1 и C2) и два 220 мкФ, 16 В (C3 и C4)].C1 подключен к среднему выводу 10к потенциометра VR1. C2 подключен к контактам 1 и 8 IC1. Контакт 5 IC1 — это его выходной терминал, который подключен к динамикам LS1 через C3.

C4 подключен к плюсовому выводу аккумуляторной батареи 6В и заземлению. Положительная сторона 6 В подключена к контакту 6 IC1, а другая сторона — к контакту 4 заземления.

Инвертирующий контакт 2 микросхемы IC1 подключен к земле, а неинвертирующий контакт 3 подключен к входной клемме через VR1.Аудиовход подается на CON1. VR1 используется для регулировки громкости.
Строительство и испытания

Односторонняя печатная плата для усилителя LM386 показана на рис. 3, а схема ее компонентов — на рис. 4. После сборки схемы на печатной плате поместите ее в подходящую коробку. Закрепите разъем CON1 на передней панели для входа и громкоговорителя LS1 на задней стороне коробки. Подключите VR1 на передней панели для управления громкостью.

Загрузите печатную плату и компоновку компонентов PDF-файлы:

Перед использованием этого проекта протестируйте его, используя батарею 6 В.Подключите динамик на 8 Ом и мощностью 1 Вт к выходному контакту 5 микросхемы IC1 — C3. Включите S1 и удерживайте VR1 в среднем положении. Теперь возьмите отвертку и осторожно коснитесь ею контакта 3 входной клеммы IC1. Вы должны услышать жужжащий звук из динамика. Это подтвердит, что ваша схема работает и готова к использованию.

Примечание. LM386 обеспечивает выходную мощность от 250 милливатт до одного ватта в зависимости от напряжения питания и нагрузки. Подробности см. В его техническом описании.

Радж К.Горхали регулярно пишет на EFY. В его интересы входит проектирование электронных схем.

Эта статья была впервые опубликована 28 февраля 2017 г. и обновлена ​​17 апреля 2019 г.

Tales From the Chip: LM386 Audio Amplifier: 6 шагов (с изображениями)

Хорошим местом для начала является официальное техническое описание (PDF), где вы можете получить всю необходимую техническую информацию. Но я расскажу об основах здесь.

LM386 — это операционный усилитель , который был специально разработан для использования в аудиоприложениях… что означает, что его характеристики основаны на предположении, что это будут ведущие динамики . По крайней мере, в какой-то момент. Однако он может, как и большинство других микросхем базового аудиоусилителя, также использоваться как обычный операционный усилитель.

Он имеет коэффициент усиления по умолчанию , равный 20x — это означает, что он умножает напряжение, которое он получает на входе, в 20 раз, передавая его на выход. При необходимости значение усиления можно отрегулировать.

Контакты

1, 8 — Gain
Контакты 1 и 8 используются для регулировки уровня усиления от 20x по умолчанию с использованием определенных значений подключенных конденсаторов.

2 — Отрицательный вход
3 — Положительный вход
Это стандартные входы операционного усилителя. Обычно в простой схеме LM386 отрицательный вход будет связан с землей, а положительный вход будет получать аудиосигнал от источника.

4 — GND

5 — Vout
Вывод 5 — это выход операционного усилителя, в нашем случае усиленный сигнал, который мы отправляем на динамик.

6 — Vs
Вывод напряжения питания получает питание, необходимое для работы усилителя.

7 — Обход
Этот вывод обеспечивает прямой доступ к входу сигнала, который в основном используется для удаления шума источника питания (предотвращения усиления шума).

Технические характеристики

LM386N («N» означает предпочтительный DIP-пакет для наших целей) выпускается в 4 вариантах: LM386N-1, -2, -3 и -4. Версии «3» и «4» имеют немного более высокую выходную мощность, а версия «4» — в большей степени, учитывая ее способность обрабатывать большее входное напряжение (за счет более высоких требований к минимальному напряжению).В оставшейся части этой статьи я буду ссылаться на LM386N-1 , так как это чип, который у меня лежал, и он представляет собой самый простой из вариантов.

Напряжение питания (Vcc):
Для работы микросхемы требуется минимум 4 В, максимум — 12 В.

Сопротивление динамика:
LM386 в первую очередь был разработан для нагрузки динамика 4 Ом, но также рассчитан на нагрузку 8 Ом и 32 Ом.

Искажения:
В идеальных условиях 0.2% общих гармонических искажений (THD) при подаче питания 6 В на динамик 8 Ом при низких номинальных мощностях и до ~ 10% THD ближе к максимальной мощности.

Выходная мощность:
В идеальных условиях вы можете ожидать около 700 мВт чистой выходной мощности, или 0,7 Вт.

Введение в усилитель и Учебное пособие по усилителю

Усилитель — это общий термин, используемый для описания схемы, которая производит увеличенную версию своего входного сигнала. Однако не все схемы усилителя одинаковы, поскольку они классифицируются в соответствии с конфигурацией схем и режимами работы.

В «Электронике» обычно используются малые усилители сигнала, поскольку они имеют способность усиливать относительно небольшой входной сигнал, например, от датчика , такого как фотоустройство, в гораздо больший выходной сигнал для управления реле. , например, лампа или громкоговоритель.

Существует множество форм электронных схем, классифицируемых как усилители, от операционных усилителей и усилителей малых сигналов до больших усилителей сигналов и мощности. Классификация усилителя зависит от размера сигнала, большого или малого, его физической конфигурации и того, как он обрабатывает входной сигнал, то есть отношения между входным сигналом и током, протекающим в нагрузке.

Тип или классификация усилителя приведены в следующей таблице.

Классификация усилителей сигналов

Усилители можно рассматривать как простую коробку или блок, содержащий усилительное устройство, такое как биполярный транзистор, полевой транзистор или операционный усилитель, который имеет две входные клеммы и две выходные клеммы (земля является общей) с выходом. сигнал намного больше входного сигнала, так как он был «усилен».

Идеальный усилитель сигнала будет иметь три основных свойства: входное сопротивление или (R _IN ), выходное сопротивление или (R _OUT ) и, конечно, усиление, обычно известное как усиление или (A). Независимо от того, насколько сложна схема усилителя, можно использовать общую модель усилителя, чтобы показать взаимосвязь этих трех свойств.

Ideal Amplifier Model

Усиленная разница между входным и выходным сигналами называется усилением усилителя.Коэффициент усиления — это в основном мера того, насколько усилитель «усиливает» входной сигнал. Например, если у нас есть входной сигнал 1 вольт и выход 50 вольт, то коэффициент усиления усилителя будет «50». Другими словами, входной сигнал был увеличен в 50 раз. Это увеличение называется усилением , .

Коэффициент усиления усилителя — это просто отношение выходного сигнала к входному. Коэффициент усиления не имеет единиц измерения, но в электронике обычно обозначается символом «А», что означает усиление.Тогда коэффициент усиления усилителя просто рассчитывается как «выходной сигнал, деленный на входной сигнал».

Усиление усилителя

Введение в коэффициент усиления усилителя можно сказать как отношение, которое существует между сигналом, измеренным на выходе, и сигналом, измеренным на входе. Существует три различных типа усиления усилителя, которые можно измерить, а именно: коэффициент усиления по напряжению (Av), коэффициент усиления по току (Ai) и коэффициент усиления по мощности (Ap) в зависимости от измеряемой величины с примерами этих различных типы выигрышей приведены ниже.

Усилитель входного сигнала

Коэффициент усиления усилителя напряжения

Коэффициент усиления усилителя тока

Коэффициент усиления усилителя мощности

Обратите внимание, что для коэффициента усиления мощности вы также можете разделить мощность, полученную на выходе, на мощность, полученную на входе. Также при вычислении усиления усилителя индексы v, i и p используются для обозначения типа используемого усиления сигнала.

Коэффициент усиления мощности (Ap) или уровень мощности усилителя также можно выразить в децибелах , ( дБ ).Бел (B) — это логарифмическая единица измерения (основание 10), не имеющая единиц измерения. Поскольку бел — слишком большая единица измерения, перед ним стоит префикс децибел , что делает его децибел , а один децибел составляет одну десятую (1/10) бел. Чтобы рассчитать коэффициент усиления усилителя в децибелах или дБ, мы можем использовать следующие выражения.

• Коэффициент усиления напряжения в дБ: a _v = 20 * log (Av)
• Коэффициент усиления по току в дБ: a _i = 20 * log (Ai)
• Коэффициент усиления мощности в дБ: a _p = 10 * log (Ap)

Обратите внимание, что коэффициент усиления мощности постоянного тока усилителя в десять раз превышает общий логарифм отношения выхода к входу, тогда как коэффициенты усиления по напряжению и току в 20 раз превышают общий логарифм отношения.Однако обратите внимание, что 20 дБ — это не вдвое больше мощности, чем 10 дБ из-за логарифмической шкалы.

Кроме того, положительное значение в дБ представляет коэффициент усиления , а отрицательное значение в дБ представляет потери в усилителе. Например, коэффициент усиления усилителя + 3 дБ указывает, что выходной сигнал усилителя «удвоился», (x2), тогда как коэффициент усиления усилителя -3 дБ указывает, что сигнал «уменьшился вдвое», (x0,5) или, другими словами, потеря .

Точка -3 дБ усилителя называется точкой половинной мощности , которая на -3 дБ ниже максимума, принимая 0 дБ в качестве максимального выходного значения.

Пример усилителя №1

Определите напряжение, ток и коэффициент усиления усилителя, который имеет входной сигнал 1 мА при 10 мВ и соответствующий выходной сигнал 10 мА при 1 В. Также выразите все три усиления в децибелах (дБ).

Различные коэффициенты усиления усилителя:

Коэффициент усиления усилителя в децибелах (дБ):

Тогда усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению (Av), равный 100, коэффициент усиления по току (Ai), равный 10, и коэффициент усиления по мощности, (Ap), равный 1000

Как правило, усилители можно разделить на два различных типа в зависимости от их мощности или усиления по напряжению.Один из типов называется усилителем малых сигналов , который включает в себя предварительные усилители, инструментальные усилители и т. Д. Усилители малых сигналов предназначены для усиления очень малых уровней напряжения сигнала всего в несколько микровольт (мкВ) от датчиков или аудиосигналов.

Другой тип называется усилителями больших сигналов , такими как усилители мощности звука или усилители с переключением мощности. Усилители больших сигналов предназначены для усиления сигналов с большим входным напряжением или переключения токов большой нагрузки, как в случае с динамиками.

Усилители мощности

Усилитель малых сигналов обычно называют усилителем «напряжения», потому что они обычно преобразуют небольшое входное напряжение в гораздо большее выходное напряжение. Иногда для привода двигателя или питания громкоговорителя требуется схема усилителя, и для этих типов приложений, где требуются высокие токи переключения, требуются усилители мощности .

Как следует из названия, основная задача «усилителя мощности» (также известного как усилитель большого сигнала) — подавать мощность на нагрузку, и, как мы знаем из вышеизложенного, это произведение напряжения и тока, приложенных к нагрузка с мощностью выходного сигнала, превышающей мощность входного сигнала.Другими словами, усилитель мощности усиливает мощность входного сигнала, поэтому эти типы схем усилителя используются в выходных каскадах аудиоусилителя для управления громкоговорителями.

Усилитель мощности работает по основному принципу преобразования мощности постоянного тока, потребляемой от источника питания, в сигнал переменного напряжения, подаваемый на нагрузку. Хотя усиление велико, эффективность преобразования входного сигнала источника постоянного тока в выходной сигнал переменного напряжения обычно низка.

Идеальный или идеальный усилитель даст нам коэффициент полезного действия 100% или, по крайней мере, мощность «IN» будет равна мощности «OUT». Однако на самом деле этого никогда не произойдет, поскольку часть мощности теряется в виде тепла, а также сам усилитель потребляет мощность во время процесса усиления. Тогда КПД усилителя определяется как:

КПД усилителя

Идеальный усилитель

Мы можем узнать характеристики идеального усилителя из нашего обсуждения выше в отношении его Gain , что означает усиление по напряжению:

• Коэффициент усиления усилителя (A) должен оставаться постоянным при изменении значений входного сигнала.
• На усиление не влияет частота. Сигналы всех частот должны усиливаться на одинаковую величину.
• Коэффициент усиления усилителя не должен добавлять шум к выходному сигналу. Он должен удалить любой шум, который уже присутствует во входном сигнале.
• На усиление усилителя не должны влиять изменения температуры, что обеспечивает хорошую температурную стабильность.
• Коэффициент усиления усилителя должен оставаться стабильным в течение длительного времени.

Классы электронных усилителей

Классификация усилителя либо как усилитель напряжения, либо как усилитель мощности производится путем сравнения характеристик входных и выходных сигналов путем измерения количества времени по отношению к входному сигналу, в течение которого ток течет в выходной цепи.

Мы видели в руководстве по транзистору с общим эмиттером , что для того, чтобы транзистор работал в своей «активной области», требовалась некоторая форма «смещения базы». Это небольшое базовое напряжение смещения, добавленное к входному сигналу, позволило транзистору воспроизвести полную форму входного сигнала на выходе без потери сигнала.

Однако, изменяя положение этого напряжения смещения базы, можно управлять усилителем в режиме усиления, отличном от режима полного воспроизведения формы волны.С введением в усилитель базового напряжения смещения можно получить различные рабочие диапазоны и режимы работы, которые классифицируются в соответствии с их классификацией. Эти различные режимы работы более известны как усилитель , класс .

Усилители мощности звука классифицируются в алфавитном порядке в соответствии с конфигурацией схем и режимом работы. Усилители имеют разные классы работы, такие как класс «A», класс «B», класс «C», класс «AB» и т. Д.Эти различные классы усилителей варьируются от почти линейного выхода, но с низким КПД, до нелинейного выхода, но с высоким КПД.

Ни один класс работы не является «лучше» или «хуже», чем любой другой класс, при этом тип операции определяется использованием схемы усиления. Типичные максимальные коэффициенты преобразования для различных типов или классов усилителей, наиболее часто используемые:

• Усилитель класса A — имеет низкий КПД менее 40%, но хорошее воспроизведение сигнала и линейность.
Усилитель
• класса B — вдвое эффективнее усилителей класса A с максимальной теоретической эффективностью около 70%, потому что усилительное устройство проводит (и использует мощность) только половину входного сигнала.
Усилитель
• класса AB — имеет рейтинг эффективности между классами A и B, но хуже воспроизводит сигнал, чем усилители класса A.
Усилитель
• класса C — это наиболее эффективный класс усилителей, но искажения очень высоки, так как усиливается только небольшая часть входного сигнала, поэтому выходной сигнал очень мало похож на входной сигнал.Усилители класса C имеют худшее воспроизведение сигнала.

Работа усилителя класса A

Усилитель класса A При работе усилителя вся форма входного сигнала точно воспроизводится на выходе усилителя, поскольку транзистор полностью смещен в своей активной области. Это означает, что переключающий транзистор никогда не попадает в область отсечки или насыщения. В результате входной сигнал переменного тока идеально «центрирован» между верхним и нижним пределами сигнала усилителя, как показано ниже.

Форма выходного сигнала усилителя класса A

В конфигурации усилителя класса A для обеих половин выходного сигнала используется один и тот же переключающий транзистор, и из-за его центрального расположения смещения выходной транзистор всегда имеет постоянный ток смещения постоянного тока (I _CQ ), протекающий через него, даже если нет входного сигнала. Другими словами, выходные транзисторы никогда не выключаются и постоянно находятся в нерабочем состоянии.

Это приводит к тому, что тип работы класса A несколько неэффективен, поскольку преобразование мощности источника постоянного тока в мощность сигнала переменного тока, подаваемую на нагрузку, обычно очень низкое.

Из-за этой центральной точки смещения выходной транзистор усилителя класса A может сильно нагреваться даже при отсутствии входного сигнала, поэтому требуется какая-то форма теплоотвода. Постоянный ток смещения, протекающий через коллектор транзистора (I _CQ ), равен току, протекающему через нагрузку коллектора. Таким образом, усилитель класса A очень неэффективен, поскольку большая часть этой мощности постоянного тока преобразуется в тепло.

Работа усилителя класса B

В отличие от вышеописанного режима работы усилителя класса A, в котором в качестве выходного силового каскада используется один транзистор, в усилителе класса B используются два дополнительных транзистора (NPN и PNP или NMOS и PMOS) для усиления каждого из них. половина формы выходного сигнала.

Один транзистор проводит только половину формы сигнала, а другой — другую или противоположную половину формы сигнала. Это означает, что каждый транзистор проводит половину своего времени в активной области и половину своего времени в области отсечки, тем самым усиливая только 50% входного сигнала.

класса B отсутствует прямое напряжение смещения постоянного тока, но вместо этого транзистор проводит ток только тогда, когда входной сигнал превышает напряжение база-эмиттер (V _BE ), а для кремниевых транзисторов это примерно 0.7v. Следовательно, при нулевом входном сигнале будет нулевой выход. Поскольку на выходе усилителя подается только половина входного сигнала, это улучшает эффективность усилителя по сравнению с предыдущей конфигурацией класса A, как показано ниже.

Форма выходного сигнала усилителя класса B

В усилителе класса B для смещения транзисторов не используется постоянное напряжение, поэтому для того, чтобы выходные транзисторы начали проводить каждую половину сигнала, как положительную, так и отрицательную, им необходимо напряжение база-эмиттер V _BE , чтобы быть больше 0.Прямое падение напряжения 7 В, необходимое для того, чтобы стандартный биполярный транзистор начал проводить.

Таким образом, нижняя часть формы выходного сигнала, которая находится ниже этого окна 0,7 В, не будет воспроизводиться точно. Это приводит к искажению области выходного сигнала, поскольку один транзистор выключается, ожидая, пока другой снова включится, как только V _BE > 0,7 В. В результате небольшая часть выходного сигнала в точке перехода нулевого напряжения будет искажена. Этот тип искажения называется Crossover Distortion и будет рассмотрен позже в этом разделе.

Работа усилителя класса AB

Усилитель класса AB — это компромисс между конфигурациями класса A и класса B, описанными выше. В то время как операция класса AB по-прежнему использует два дополнительных транзистора в своем выходном каскаде, очень небольшое напряжение смещения прикладывается к базе каждого транзистора, чтобы смещать их близко к их области отсечки, когда входной сигнал отсутствует.

Входной сигнал заставляет транзистор нормально работать в его активной области, устраняя любые перекрестные искажения, которые всегда присутствуют в конфигурации класса B.Небольшой ток коллектора смещения (I _CQ ) будет течь через транзистор при отсутствии входного сигнала, но обычно он намного меньше, чем в конфигурации усилителя класса A.

Таким образом, каждый транзистор находится в состоянии «ВКЛ» в течение немногим более половины периода входного сигнала. Небольшое смещение в конфигурации усилителя класса AB улучшает как эффективность, так и линейность схемы усилителя по сравнению с чистой конфигурацией класса A, описанной выше.

Форма выходного сигнала усилителя класса AB

При разработке схем усилителя очень важен класс работы усилителя, поскольку он определяет величину смещения транзистора, требуемую для его работы, а также максимальную амплитуду входного сигнала.

Классификация усилителя учитывает часть входного сигнала, в которой проводит выходной транзистор, а также определяет как эффективность, так и количество энергии, которое переключающий транзистор потребляет и рассеивает в виде потраченного впустую тепла. Здесь мы можем провести сравнение между наиболее распространенными типами классификаций усилителей в следующей таблице.

Усилитель мощности, классы

Плохо спроектированные усилители, особенно типы класса «A», могут также потребовать более мощных транзисторов мощности, более дорогих радиаторов, охлаждающих вентиляторов или даже увеличения размера блока питания, необходимого для обеспечения дополнительной потери мощности, необходимой для усилитель мощности.Мощность, преобразуемая в тепло от транзисторов, резисторов или любого другого компонента в этом отношении, делает любую электронную схему неэффективной и приведет к преждевременному выходу устройства из строя.

Итак, зачем использовать усилитель класса A, если его КПД менее 40% по сравнению с усилителем класса B, который имеет более высокий КПД, превышающий 70%. По сути, усилитель класса A дает гораздо более линейный выходной сигнал, что означает, что он имеет Linearity на большей частотной характеристике, даже если он действительно потребляет большое количество энергии постоянного тока.

В этом руководстве Введение в усилитель мы увидели, что существуют различные типы схем усилителя, каждый со своими преимуществами и недостатками. В следующем уроке об усилителях мы рассмотрим наиболее часто используемый тип схемы транзисторного усилителя — усилитель с общим эмиттером. Большинство транзисторных усилителей относятся к схеме с общим эмиттером или CE из-за их большого выигрыша по напряжению, току и мощности, а также отличных входных / выходных характеристик.

Аудиоусилитель класса B | Аналоговые интегральные схемы

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Четыре батареи по 6 В
• Сдвоенный операционный усилитель, рекомендуется модель TL082 (каталожный номер Radio Shack 276-1715)
• Один силовой транзистор NPN в корпусе TO-220 (каталог Radio Shack № 276-2020 или аналог)
• Один силовой транзистор PNP в корпусе TO-220 (каталог Radio Shack № 276-2027 или аналог)
• Один переключающий диод 1N914 (каталожный номер Radio Shack 276-1620)
• Один конденсатор, электролитический 47 мкФ, 35 Вт постоянного тока (каталог Radio Shack № 272-1015 или аналог)
• Два конденсатора, 0.22 мкФ, неполяризованный (каталог Radio Shack № 272-1070)
• Один потенциометр 10 кОм, линейный конус (каталог Radio Shack № 271-1715)

Обязательно используйте операционный усилитель с высокой скоростью нарастания . По этой причине избегайте LM741 или LM1458.

Чем ближе подходят два транзистора, тем лучше. Если возможно, попробуйте получить транзисторы TIP41 и TIP42, которые близко соответствуют силовым транзисторам NPN и PNP с номинальной мощностью рассеяния 65 Вт каждый.Если вы не можете получить транзистор TIP41 NPN, TIP3055 (доступный в Radio Shack) является хорошей заменой. Не используйте очень большие (например, корпус TO-3) силовые транзисторы, поскольку операционный усилитель может иметь проблемы с подачей достаточного тока на их базы для хорошей работы.

СПРАВОЧНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , том 3, глава 4: «Биполярные переходные транзисторы»

Уроки электрических цепей , том 3, глава 8: «Операционные усилители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Чтобы проиллюстрировать, как построить двухтактный усилитель класса B с использованием дополнительных биполярных транзисторов.
• Для иллюстрации эффектов «кроссоверного искажения» в схеме двухтактного усилителя.
• Чтобы проиллюстрировать, как использовать отрицательную обратную связь через операционный усилитель для коррекции нелинейностей схемы

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИЯ

Этот проект представляет собой усилитель звука, подходящий для усиления выходного сигнала небольшого радио, магнитофона, проигрывателя компакт-дисков или любого другого источника аудиосигналов.Для работы в стереофоническом режиме необходимо построить два идентичных усилителя: один для левого канала, а другой — для правого. Чтобы получить входной сигнал для усиления этого усилителя, просто подключите его к выходу радио или другого аудиоустройства, например:

Эта схема усилителя также хорошо работает при усилении аудиосигналов « линейного уровня » от высококачественных модульных стереокомпонентов. Он обеспечивает удивительную мощность звука при воспроизведении через большой динамик и, возможно, работает без радиаторов на транзисторах (хотя вам следует немного поэкспериментировать с ним, прежде чем отказаться от радиаторов, поскольку рассеиваемая мощность зависит от типа динамика. использовал).

Цель любой схемы усилителя — максимально точно воспроизвести форму входной волны. Конечно, идеальное воспроизведение невозможно, и любые различия между выходными и входными формами волн известны как искажение . В аудиоусилителе искажение может привести к наложению неприятных тонов на истинный звук. Существует множество различных конфигураций схем усилителя звука, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Эта конкретная схема называется «двухтактной схемой класса B».

Большинство аудиоусилителей « power » используют конфигурацию класса B, где один транзистор обеспечивает питание нагрузки в течение одной половины цикла формы сигнала ( подталкивает ), а второй транзистор обеспечивает питание нагрузки для другой половины. цикла (это тянет ). В этой схеме ни один из транзисторов не остается « на » в течение всего цикла, давая каждому время « отдых » и охлаждение во время цикла формы сигнала. Это делает схему усилителя энергоэффективной, но приводит к особому типу нелинейности, известному как « кроссоверные искажения ».”

Здесь показана форма синусоидальной волны, эквивалентная постоянному звуковому тону постоянной громкости:

В схеме двухтактного усилителя два транзистора по очереди усиливают чередующиеся полупериоды сигнала следующим образом:

Если «передача » между двумя транзисторами точно не синхронизирована, форма выходного сигнала усилителя может выглядеть примерно так, вместо чистой синусоидальной волны:

Здесь искажение является результатом того факта, что существует задержка между моментом выключения одного транзистора и включением другого транзистора.Этот тип искажения, когда форма волны « сглаживает » в точке кроссовера между положительным и отрицательным полупериодами, называется перекрестным искажением . Один из распространенных методов уменьшения перекрестных искажений — это смещение транзисторов так, чтобы их точки включения / выключения фактически перекрывались, так что оба транзистора находятся в состоянии проводимости на короткий момент в течение периода кроссовера:

Эта форма усиления технически известна как класс AB , а не класс B, потому что каждый транзистор находится в состоянии « на » более 50% времени в течение полного цикла сигнала.Однако недостатком этого является повышенное энергопотребление схемы усилителя, потому что в моменты времени, когда оба транзистора являются проводящими, через транзисторы, которые не проходят через нагрузку, проходит ток, а просто пропускается ток. «Закорочен» с одной шины питания на другую (с -V на + V).

Это не только пустая трата энергии, но и рассеивает больше тепловой энергии в транзисторах. При повышении температуры транзисторов их характеристики изменяются (V _{— прямое падение напряжения} , β, сопротивления переходов и т. Д.), что затрудняет правильное смещение.

В этом эксперименте транзисторы работают в режиме чистого класса B. То есть они никогда не проводят одновременно. Это экономит энергию и снижает тепловыделение, но допускает кроссоверные искажения. Решение, принятое в этой схеме, состоит в том, чтобы использовать операционный усилитель с отрицательной обратной связью, чтобы быстро управлять транзисторами через зону « мертвый », создавая искажения кроссовера, и уменьшать величину « сглаживания » формы волны во время кроссовера.

Первый (крайний левый) операционный усилитель, показанный на принципиальной схеме, представляет собой не что иное, как буфер. Буфер помогает снизить нагрузку на сеть входного конденсатора / резистора, которая была помещена в схему, чтобы отфильтровать любое напряжение смещения постоянного тока из входного сигнала, предотвращая усиление постоянного напряжения схемой и отправку на динамик. где это может привести к повреждению.

Без буферного операционного усилителя схема фильтрации конденсатор / резистор снижает низкочастотную характеристику (« басов, ») усилителя и усиливает высокие частоты (« высоких частот, »).

Второй операционный усилитель работает как инвертирующий усилитель, усиление которого регулируется потенциометром 10 кОм. Это не что иное, как регулировка громкости усилителя. Обычно в инвертирующих схемах операционного усилителя резистор (ы) обратной связи подключается непосредственно от выходной клеммы операционного усилителя к инвертирующей входной клемме следующим образом:

Если бы мы использовали результирующий выходной сигнал для управления базовыми выводами пары двухтактных транзисторов, мы бы столкнулись со значительным перекрестным искажением, потому что в работе транзисторов была бы зона « мертвых » как базовое напряжение пошло с +0.От 7 вольт до — 0,7 вольт:

Если вы уже построили схему усилителя в ее окончательном виде, вы можете упростить ее до этой формы и оценить разницу в качестве звука. Если вы еще не приступили к созданию схемы, приведенная выше принципиальная схема будет хорошей отправной точкой. Он усилит звуковой сигнал, но будет ужасно звучать!

Причина кроссоверного искажения в том, что выходной сигнал операционного усилителя находится между + 0.7 вольт и -0,7 вольт, ни один из транзисторов не будет проводящим, а выходное напряжение динамика будет 0 вольт для всего диапазона 1,4 вольт размаха базового напряжения. Таким образом, в диапазоне входного сигнала имеется «зона , зона », в которой не произойдет никаких изменений выходного напряжения динамика. Вот где в схему обычно вводятся сложные методы смещения, чтобы уменьшить этот 1,4-вольтовый «промежуток » в ответе входного сигнала транзистора. Обычно делается примерно так:

Два последовательно соединенных диода упадут примерно на 1.4 вольта, что эквивалентно объединенному V _{, соответствует} прямому падению напряжения на двух транзисторах, что приводит к сценарию, в котором каждый транзистор находится на грани включения, когда входной сигнал равен нулю вольт, устраняя 1,4 вольт « мертвых . Сигнальная зона, существовавшая раньше.

К сожалению, это решение не идеально: по мере того, как транзисторы нагреваются от передачи энергии к нагрузке, их прямое падение напряжения на V _будет уменьшится с 0,7 В до чего-то меньшего, например 0.6 вольт или 0,5 вольт. Диоды, которые не подвергаются такому же нагреву, потому что они не проводят значительного тока, не будут испытывать такого же изменения прямого падения напряжения.

Таким образом, диоды будут продолжать обеспечивать то же напряжение смещения 1,4 В, даже если транзисторам требуется меньшее напряжение смещения из-за нагрева. В результате схема переходит в режим работы класса AB, где оба транзистора будут часть времени в состоянии проводимости.Это, конечно, приведет к большему рассеиванию тепла через транзисторы, что усугубит проблему прямого изменения падения напряжения.

Распространенным решением этой проблемы является установка термокомпенсационных резисторов « обратной связи » в эмиттерных выводах двухтактной транзисторной схемы:

Это решение не предотвращает одновременное включение двух транзисторов, а просто снижает серьезность проблемы и предотвращает тепловой пробой.К сожалению, это также приводит к появлению сопротивления в цепи тока нагрузки, ограничивая выходной ток усилителя. Решение, которое я выбрал в этом эксперименте, основано на принципе отрицательной обратной связи операционного усилителя для преодоления ограничений, присущих выходной схеме двухтактного транзистора. Я использую один диод, чтобы обеспечить напряжение смещения 0,7 В для двухтактной пары. Этого недостаточно для устранения зоны сигнала « мертвый », но он уменьшает ее как минимум на 50%:

Поскольку падение напряжения на одном диоде всегда будет меньше, чем суммарное падение напряжения на переходах база-эмиттер двух транзисторов, транзисторы никогда не могут включиться одновременно, тем самым предотвращая работу класса AB.Затем, чтобы помочь избавиться от остающегося перекрестного искажения, сигнал обратной связи операционного усилителя берется с выходной клеммы усилителя (клеммы эмиттера транзисторов) следующим образом:

Функция операционного усилителя состоит в том, чтобы выводить любой сигнал напряжения, который он должен иметь, чтобы поддерживать одинаковое напряжение на двух входных клеммах (дифференциал 0 вольт). Подключив провод обратной связи к выводам эмиттера двухтактных транзисторов, операционный усилитель имеет возможность обнаруживать любую зону « мертв, », где ни один из транзисторов не проводит ток, и выводить соответствующий сигнал напряжения на базы транзисторов. чтобы быстро привести их в состояние проводимости снова, чтобы « не отставало от » с формой входного сигнала.

Для этого требуется операционный усилитель с высокой скоростью нарастания (способность производить быстро нарастающее или быстро падающее выходное напряжение), поэтому для этой схемы был выбран операционный усилитель TL082 . Более медленные операционные усилители, такие как LM741 или LM1458 , могут не справиться с высоким значением dv / dt (скорость изменения напряжения с течением времени, также известная как de / dt ), необходимая для работа с низким уровнем искажений.

В эту схему добавляется всего пара конденсаторов, чтобы привести ее в окончательную форму: конденсатор емкостью 47 мкФ, подключенный параллельно диоду, помогает сохранить 0.