Собрать усилитель звука своими руками. Сборка усилителя звука класса D своими руками: пошаговая инструкция

Как собрать усилитель звука класса D самостоятельно. Какие компоненты понадобятся для сборки. Как работает принципиальная схема усилителя класса D. Какие преимущества у усилителей класса D по сравнению с другими типами.

Что такое усилитель звука класса D и в чем его преимущества

Усилитель класса D — это импульсный усилитель, работающий в ключевом режиме. Основные преимущества таких усилителей:

• Высокий КПД — до 90-95% (для сравнения, у усилителей класса AB максимальный КПД 60-65%)
• Низкое тепловыделение
• Компактные размеры
• Возможность работы от низковольтного питания

Благодаря этим преимуществам усилители класса D широко применяются в портативной аудиотехнике, где важны малые габариты и длительное время автономной работы.

Принцип работы усилителя класса D

Упрощенная блок-схема усилителя класса D включает следующие основные элементы:

1. Компаратор, на входы которого подаются входной аудиосигнал и высокочастотный треугольный сигнал
2. Драйвер затворов MOSFET
3. Выходной каскад на MOSFET-транзисторах
4. Выходной LC-фильтр нижних частот

Принцип работы заключается в следующем:

• Входной аудиосигнал сравнивается с высокочастотным треугольным сигналом
• На выходе компаратора формируется ШИМ-сигнал
• Этот сигнал управляет выходными MOSFET-транзисторами через драйвер
• На выходе формируется мощный ШИМ-сигнал
• Выходной LC-фильтр преобразует ШИМ-сигнал обратно в аналоговый

Необходимые компоненты для сборки усилителя класса D

Для сборки простого усилителя класса D потребуются следующие основные компоненты:

• Микросхема IR2110 — драйвер затворов MOSFET
• Операционный усилитель LM358
• Таймер NE555 для генерации треугольного сигнала
• Стабилизаторы напряжения LM7812 и LM7805
• MOSFET-транзисторы IRF640 — 2 шт
• Индуктивность 26 мкГн и конденсатор 1 мкФ для выходного фильтра
• Резисторы, конденсаторы, диоды по схеме

Большинство компонентов доступны в магазинах радиодеталей. Общая стоимость компонентов не превышает 1000-1500 рублей.

Принципиальная схема усилителя класса D

Принципиальная схема усилителя включает следующие основные блоки:

• Стабилизаторы напряжения 12В и 5В на LM7812 и LM7805
• Генератор треугольного сигнала на NE555
• Модулятор на операционном усилителе LM358
• Драйвер затворов на IR2110
• Выходной каскад на MOSFET-транзисторах IRF640
• LC-фильтр на выходе

Схема достаточно простая и может быть собрана на макетной плате для экспериментов. При необходимости ее легко модифицировать.

Сборка усилителя на перфорированной плате

Для сборки прототипа удобно использовать перфорированную плату. Порядок сборки следующий:

1. Разместить компоненты на плате согласно принципиальной схеме
2. Выполнить соединения проводниками с нижней стороны платы
3. Припаять все компоненты и соединения
4. Установить разъемы для подключения питания, входного сигнала и нагрузки

При сборке важно использовать короткие соединения и правильно разместить силовые компоненты для эффективного отвода тепла.

Настройка и проверка работы усилителя

После сборки необходимо выполнить настройку и проверку работы усилителя:

1. Проверить напряжения питания 12В и 5В
2. Настроить частоту генератора треугольного сигнала (около 250-300 кГц)
3. Проверить работу модулятора осциллографом
4. Подать тестовый аудиосигнал и проверить качество звучания
5. Измерить выходную мощность и КПД усилителя

При правильной сборке усилитель должен обеспечивать чистое звучание без заметных искажений. Типовая выходная мощность для данной схемы — 10-15 Вт на нагрузке 4-8 Ом.

Возможные проблемы и способы их устранения

При сборке усилителя класса D могут возникнуть следующие проблемы:

• Сильные искажения звука — проверить правильность модуляции и работу выходного каскада
• Низкая выходная мощность — проверить напряжение питания и параметры выходного каскада
• Сильный нагрев транзисторов — улучшить теплоотвод, проверить режимы работы
• Фон и помехи — улучшить экранирование, проверить заземление

Большинство проблем решается путем тщательной настройки параметров и оптимизации монтажа схемы. При необходимости можно модифицировать схему для улучшения характеристик.

Заключение и перспективы развития

Сборка усилителя класса D своими руками — отличный способ на практике изучить принципы работы современной аудиотехники. Собранный усилитель можно использовать как основу для создания более сложных аудиосистем.

Перспективные направления развития:

• Повышение выходной мощности
• Улучшение качества звучания
• Добавление защиты и индикации
• Интеграция с цифровыми источниками сигнала
• Применение специализированных микросхем усилителей класса D

Усилители класса D продолжают активно развиваться и находят все более широкое применение в современной аудиотехнике.

Как сделать своими руками усилитель звука на микросхеме LM2877

Как сделать своими руками усилитель. Представленный здесь УНЧ собран на интегральной микросхеме LM2877, он гарантированно способен обеспечить два канала мощностью более 3 Вт на каждый или примерно 7 Вт в мостовом включении. Схема имеет связь по переменному току как на входе, так и на выходе, специальных настроек для усилителя не требуется.

Что касается использованного в этой схеме чипа LM2877, то такие микросхемы часто применяются, например, в небольших телевизорах, радиоприемниках, акустических системах для ПК, то есть везде, где требуется полноценная мини-стерео система для двух динамиков с небольшим количеством деталей в схеме. Показанная здесь печатная плата явно превышает количество внешних компонентов, указанное производителем. Обычно ИС довольствуются меньшим количество емкостей. Радиатор также имеет относительно большие размеры.

Типовая схема включения

Схема подключения при двух полярном питании

Схема усилителя с регулятором тембра

Представленный здесь усилитель звука собранный своими руками, работает при напряжении примерно 12-15 В и имеет номинальную мощность 2*3 Вт (4 Ом) и 7 Вт (8 Ом) в мостовом режиме. И вход, и выход связаны по переменному току, входная цепь с фольгированными конденсаторами, выход образован через электролитические конденсаторы с постоянным током. Микросхема имеет некоторые функции защиты. В случае, если вы захотите повторить эту схему, то в этой статье описано как сделать своими руками стерео усилитель на базе LM2877.

Создание такой схемы — не такая уж и большая работа, это можно сделать быстро, но все же требуется концентрация, чтобы все получилось достойно. Большинство соединительных дорожек находится на нижней стороне печатной платы, верхняя часть залита «землей».

Содержание

1. Как сделать своими руками усилитель — результаты измерений
2. Подключен стерео режим:
3. Подключен мостовой режим:

Подключен стерео режим:

Давайте посмотрим, что выдает данный усилитель с точки зрения технологии измерения, все измерения на 8 Ом. Замеры проводились во время пробного тестирования, подробный замер меня не интересовал.
Далее показаны результаты измерения. Все фотографии сделаны с нагрузкой 8 Ом и напряжением питания примерно 12 В.

Канал обеспечивает максимальное выходное напряжение без искажений примерно 6 В при питании 12 В. На картинке справа поведение ограничения сигнала амплитуды при перегрузке усилителя на входе.

• слева — максимальное выходное напряжение без ограничения;
• справа — слишком большое входное напряжение, выходной сигнал амплитуды ограничивается.

На левом рисунке показано максимальное выходное напряжение при нижней частоте среза -3 дБ, что составляет около 37 Гц. Если вы хотите уменьшить нижнюю предельную частоту, вы можете просто изменить постоянную времени входной цепи. На правом рисунке показана максимально возможная частота 40 кГц, при которой синусоида на осциллографе все еще выглядит неискаженной.

• слева — макс. нижняя граничная частота -3 дБ 37 Гц;
• справа — макс. верхняя граничная частота -3 дБ 40 кГц

При высоких входных частотах выходные гармоники сильно увеличиваются.

• слева — я предполагаю, что некоторые гармоники четного порядка;
• справа — увеличились гармоники нечетного порядка.

Прямоугольный сигнал на 30 кГц, справа дополнительно с параллельно включенным пленочным конденсатором 470 нФ. При меньшей емкости выход на удивление стабилен по отношению к емкостной нагрузке.

• слева — прямоугольный сигнал частотой 30 кГц;
• справа — дополнительно установлен пленочный конденсатор MKT емкостью 470 нФ, стабильный выход.

Спектральное измерение коэффициента искажения без его вычисления, составляет порядка 0,1% для этого сигнала 2 кГц при 8 Ом.
Спектральный анализ показывает около 0,1%, что соответствует данным.

При меньших нагрузках значительно меньше гармонических составляющих.

При небольшой нагрузке заметно меньше гармоник высшего порядка, преобладает второй порядок.

Подключен мостовой режим:

Все измерения в мостовом режиме с нагрузкой 8 Ом

• слева — максимально возможное выходное напряжение при 8 Ом максимум 4 Вт при 2 кГц;
• справа — максимальная частота, при которой становятся видны искажения, примерно 50 кГц.

• слева — поведение на более высоких частотах на 333 кГц;
• справа — прямоугольная характеристика на частоте 100 кГц.

В мостовом режиме искажения выше, чем в двухканальном стерео режиме, преобладают нечетные гармоники.

Повышенные гармоники в мостовом режиме по сравнению с несимметричным режимом, среди которых преобладают повышенные гармоники нечетного порядка.

Так, что если вы не знаете как сделать своими руками хороший и качественный усилитель звука — читайте статью и смело беритесь за проектирование и дальнейшее построение УНЧ. Тем более он легко проектируется с этой категорией микросхем, после правильной сборки не требует никаких настроек. Я использую его в лаборатории как источник переменного тока НЧ. Позже собираюсь подключить к нему два небольших динамика.

Скачать Datasheet: LM2877

Усилитель для гитары на батарейках

Как-то на днях у меня совсем закончились денежные средства. Я студент, и все время уходит на учебу. Особо нигде и не заработаешь. Но жизнь подарила мне гитару и умение играть на данном инструменте. Так решил подзаработать. Ходил по городу, играл и на том зарабатывал. Особой прибыли не было, но это занятие очень мне понравилось. Из Китая прислали дешевый звукосниматель на гитару. Осталось только было приобрести усилитель звука. Самый дешевый фирменный, который нашел, стоил 150$. У меня нет таких денег, поэтому поставил цель собрать усилитель сам — чтоб подешевле. Схема    Для такой цели сильно на мощность разгоняться не стал и выбрал простой усилитель на микросхеме ТДА8560. Данная микросхема стоит порядка 3$. Схема УНЧ очень проста и ее можно собрать навесным способом. Так это первый раз и сделал. Микросхему нужно обязательно прикрепить к радиатору немаленьких размеров. Чтобы не устанавливать дополнительных элементов охлаждения. Провода на питание нужно брать толстыми, чтобы в дальнейшем избежать их плавления и замыкания системы.    В самой микросхеме стоит несколько защит. Она не боится переплюсовки. перенапряжения, но все же не стоит ее мучать и экспериментировать. Все остальные элементы очень легко найти в старых радиоаппаратурах. Вся их общая стоимость не превысит 2$.    Позже свой девайс перенес на печатную плату, так как длительные походы по городу значительно болтали конструкцию внутри колонки. Печатную плату изготовил методом лазерного утюга, на эту тему довольно-таки много есть статей в интернете.    Все детали аккуратно впаял, не перегрел при данной операции.  Поставил радиатор. Подключил к схеме колонки, сделал вход на подачу музыки 3.5 мм разъем (для звукоснимателя гитары), подключил аккумулятор.    Все это аккуратно устроил в корпусе старой колонки. Общий вес составил примерно 8 кг. Динамик у меня всего лишь на 45 ватт.    Усилитель выдает 50. Я его особо даже не нагружаю. Работает на ура. Доволен простотой и схемой сборки. Аккумулятор обычный гелевый свинцовый, на 12 В. Итого    Общая стоимость 10$. Выгода относительно покупки готового комплекта — 140$. Теперь меня все слышат и люди не проходят мимо). При минимальных затратах получил максимальный эффект и удовольствие. Выбирайте сами, что вам потратить, 150 долларов или один день своей жизни. Всем удачи) AptuneR. Понравилась схема — лайкни! ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ Смотреть ещё схемы усилителей        УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ       УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ

Изготовление печатных плат – BuildAudioAmps

Изготовление собственной печатной платы (ПП)

После того, как вы сделали макет печатной платы, распечатайте копию на лазерном принтере, используя глянцевую бумагу для презентаций. Я использую такую ​​презентационную бумагу от HP на своем лазерном принтере Samsung ML2525W.

 

Подготовьте медную плату и печатный макет. Очистите медную плату 91 % изопропиловым спиртом.

Приклейте клейкой лентой печатную сторону бумаги для презентаций, обращенную к медной стороне платы.

 

В качестве источника тепла можно использовать ламинатор, но я предпочитаю использовать обычный электрический утюг для одежды, он должен быть в каждом доме. Настроив утюг на максимальную температуру, осторожно прижимайте презентационную бумагу в течение 5-10 минут в зависимости от мощности утюга. Профиль макета можно увидеть с противоположной стороны презентационной бумаги, где полимер тонера переносится на медную плату под действием тепла.

 

Если вы видите этот профиль, значит пора аккуратно отделить презентационную бумагу от медной доски.

 

Как вы можете видеть, есть небольшие дефекты во время переноса, которые легко исправить, используя тонкий перманентный маркер, чтобы скрыть недостающие резисты для травления.

 

Теперь пришло время погрузить медную плату в ванну с раствором хлорида железа. Внимательно прочтите « ПРОЧИТАЙТЕ ИНСТРУКЦИЮ» на бутылке перед использованием этого типа химикатов или даже перед покупкой этого продукта. Для завершения этого процесса потребуется около 15 минут или более в зависимости от температуры раствора. Аккуратно встряхните пластиковый контейнер, не проливая. Обратите внимание, что непокрытый участок медной платы медленно вытравливается раствором хлорида железа. Когда они полностью вытравятся, налейте раствор хлорного железа в пустую пластиковую бутылку с помощью пластиковой воронки. Пустая пластиковая бутылка из-под воды лучше всего подходит для безопасной утилизации. Уточните в местном органе власти объект для утилизации отходов.

 

Удалите медный резист с помощью ацетона, жидкости для удаления краски или продукта под названием «Goof Off», он действительно хорошо удаляет тонер (я не работаю на Goof Off) и еще раз «ПРОЧИТАЙТЕ ИНСТРУКЦИЯ» о том, как использовать эти продукты.

 

Теперь пришло время сверлить. Я использую дрель Dremel, установленную на станине сверлильного станка, но вы можете использовать любую мини-дрель, которая у вас есть. Будут использоваться сверла нескольких размеров, сначала просверлите все отверстия с помощью 0,027” (0,7 мм) бит. Для диодов на 1 ампер, T0220, T0126, резисторов 1/2 Вт и 5 Вт используйте разъем входного разъема 0,039 дюйма (1 мм) бит. Для держателей предохранителей, выходного индуктора, быстроразъемных клемм и выходных транзисторов T03P используйте бит 0,05 дюйма (1,3 мм) . Для больших фильтрующих конденсаторов используйте 0,07” (1,8 мм) бит. Для монтажного отверстия на печатной плате используйте биту 1/8” (3,2 мм) .

 

Зачистите медную плату мелкой наждачной бумагой. Наконец, он готов заполнить доску.

 

 

 

Как построить высокоэффективную схему аудиоусилителя класса D с использованием полевых МОП-транзисторов

Аудиоконтент прошел долгий путь за последние десятилетия, от классического лампового усилителя до современных медиаплееров, технологических достижений изменили способ потребления цифровых медиа. Среди всех этих инноваций портативные медиаплееры стали одним из первых вариантов выбора среди потребителей из-за их яркого качества звука и длительного времени автономной работы. Итак, как это работает, и как это звучит так хорошо. Мне, как любителю электроники, постоянно приходит в голову этот вопрос. Несмотря на достижения в технологии громкоговорителей, большую роль сыграли усовершенствования в методологии усилителей, и очевидный ответ на этот вопрос — 9 баллов.0003 Усилитель класса D. Итак, в этом проекте мы воспользуемся возможностью обсудить усилитель класса D и узнать его плюсы и минусы. Наконец, мы создадим аппаратный прототип усилителя и проверим его работу. Звучит интересно, верно! Итак, давайте приступим к делу.

Если вас интересуют схемы аудиоусилителей, вы можете ознакомиться с нашими статьями на эту тему, в которых мы создали схемы с использованием операционных усилителей, полевых МОП-транзисторов и интегральных схем, таких как TDA2030, TDA2040 и TDA2050.

Основы усилителя класса D

Что такое аудиоусилитель класса D? Самый простой ответ будет, это коммутирующий усилитель . Но чтобы понять его работу, нам нужно узнать, как он работает и как создается сигнал переключения, для этого вы можете следовать блок-схеме, приведенной ниже.

Так почему же импульсный усилитель? Очевидный ответ на этот вопрос — эффективность. По сравнению с усилителями класса A, класса B и класса AB, усилитель звука класса D может достигать эффективности до 90-95%. Там, где максимальный КПД усилителя класса AB составляет 60-65%, потому что они работают в активной области и демонстрируют низкие потери мощности, если вы умножите напряжение коллектор-эмиттер на ток, вы можете это узнать. Чтобы узнать больше по этой теме, ознакомьтесь с нашей статьей о классах усилителей мощности, где мы обсудили все связанные с ними коэффициенты потерь.

Теперь вернемся к нашей упрощенной блок-схеме аудиоусилителя класса D , как вы можете видеть на неинвертирующем терминале, у нас есть аудиовход, а на инвертирующем терминале у нас есть наш высокочастотный треугольный сигнал. . В этот момент, когда напряжение входного аудиосигнала больше, чем напряжение треугольной волны, выход компаратора становится высоким, а когда сигнал низкий, выход низкий. В этой настройке мы просто модулировали входной аудиосигнал с помощью высокочастотного несущего сигнала, который затем подключался к микросхеме управления затвором полевого МОП-транзистора, и, как следует из названия, драйвер используется для управления затвором двух полевых МОП-транзисторов для обоих высокочастотных сторона и низкая сторона один раз. На выходе мы получаем мощную высокочастотную прямоугольную волну, которую мы пропускаем через каскад фильтра нижних частот, чтобы получить наш окончательный звуковой сигнал.

Компоненты, необходимые для сборки схемы аудиоусилителя класса D

Теперь мы поняли основы аудиоусилителя класса D и можем перейти к поиску компонентов для сборки DIY усилителя класса D r. Поскольку это простой тестовый проект, требования к компонентам очень общие, и вы можете найти большинство из них в местном магазине товаров для хобби. Список компонентов с изображением приведен ниже.

Список деталей для сборки усилителя мощности класса D:

1. IR2110 IC — 1
2. Операционный усилитель Lm358 — 1
3. ИС таймера NE555 — 1
4. LM7812 ИС — 1
5. LM7805 ИС — 1
6. Конденсатор 102 пФ — 1
7. Конденсатор 103 пФ — 1
8. Конденсатор 104 пФ — 2
9. Конденсатор 105 пФ — 1
10. Конденсатор 224 пФ — 1
11. Конденсатор 22 мкФ — 1
12. Конденсатор 470 мкФ — 1
13. Конденсатор 220 мкФ — 1
14. Конденсатор 100 мкФ — 2
15. Резистор 2.2K — 1
16. Резистор 10 кОм — 2
17. Резистор 10R — 2
18. Аудиоразъем 3,5 мм — 1
19. Винтовая клемма 5,08 мм — 2
20. UF4007 Диод — 3
21. МОП-транзисторы IRF640 — 2
22. 10K Trim POT — 1
23. Катушка индуктивности 26 мкГн — 1 
24. Разъем для наушников 3,5 мм — 1

Аудиоусилитель класса D — принципиальная схема

Принципиальная схема усилителя класса D показана ниже:

Сборка схемы на перфокарте

Как видно из основного изображения, мы сделали схему на куске перфокарты. Потому что, во-первых, схема очень простая, а во-вторых, если что-то пойдет не так, мы можем быстро и легко ее модифицировать. Мы сделали большую часть соединений с помощью медного провода, но на некоторых заключительных этапах нам пришлось использовать соединительные провода для завершения сборки. Завершенная схема перфорированной платы показана ниже.

Работа усилителя звука класса D

В этом разделе мы рассмотрим каждый основной блок схемы и объясним каждый блок. Этот аудиоусилитель класса D на базе операционного усилителя состоит из очень универсальных компонентов, которые вы можете найти в местном магазине товаров для хобби.

Регуляторы входного напряжения:

Начнем с регулирования входного напряжения с помощью LM7805, стабилизатор напряжения 5 В, и LM7812, регулятор напряжения 12 В. Это важно, потому что мы собираемся питать схему с помощью адаптера постоянного тока 13,5 В, а для питания микросхем NE555 и IR2110 требуется источник питания 5 В и 12 В.

Генератор треугольных волн с нестабильным мультивибратором 555:

Как видно из изображения выше, мы использовали таймер 555 с резистором 2,2 кОм для генерации треугольного сигнала 260 кГц, если хотите знать Подробнее о нестабильных мультивибраторах вы можете прочитать в нашем предыдущем посте о схеме нестабильных мультивибраторов на основе таймеров 555, где мы описали все необходимые расчеты.

Цепь модуляции:

Как видно из изображения выше, мы использовали простой операционный усилитель LM358 для модуляции входного аудиосигнала. Говоря о входящих аудиосигналах, мы использовали два входных резистора 10K для получения аудиосигнала, и, поскольку мы используем один источник питания, мы подключили потенциометр для смещения нулевого сигнала, присутствующего во входном аудио. Выход этого компаратора будет высоким, когда значение входного аудиосигнала больше, чем входная треугольная волна, а на выходе мы получим модулированный прямоугольный сигнал, который мы затем подаем на ИС драйвера затвора MOSFET.

ИС драйвера затвора MOSFET IR2110:

Поскольку мы работаем с некоторыми умеренно высокими частотами, мы использовали ИС драйвера затвора MOSFET для правильного управления MOSFET. Вся необходимая схемотехника размещена в соответствии с рекомендациями даташита на микросхему IR2110. Для правильной работы этой ИС требуется инвертированный сигнал входного сигнала, поэтому мы использовали высокочастотный транзистор BF200 для генерации инвертированного прямоугольного сигнала входного сигнала.

Выходной каскад MOSFET:

всегда задействованы переходные процессы, поэтому мы использовали несколько диодов UF4007 в качестве обратноходовых диодов, которые предотвращают повреждение полевых МОП-транзисторов.

Фильтр нижних частот LC:

Выходной сигнал драйвера MOSFET представляет собой высокочастотную прямоугольную волну, этот сигнал абсолютно не подходит для управления такими нагрузками, как громкоговоритель. Чтобы предотвратить это, мы использовали катушку индуктивности 26 мкГн с неполяризованным конденсатором 1 мкФ, чтобы получить фильтр нижних частот , который обозначается как C11. Вот как работает простая схема.

Тестирование схемы усилителя класса D

Как видно из изображения выше, я использовал адаптер питания 12 В для питания схемы. Так как я использую недорогой китайский, то он выдает чуть больше 12В, а точнее 13,5В, что идеально подходит для нашего бортового стабилизатора напряжения LM7812. В качестве нагрузки использую динамик 4 Ом, 5 Вт. Для аудиовхода я использую свой ноутбук с длинным аудиоразъемом 3,5 мм.

Когда схема включена, нет заметного гудящего звука, который вы можете получить от других типов усилителей, но, как вы можете видеть на видео, эта схема не идеальна и имеет проблему ограничения на более высоких входных уровнях, так что эта схема имеет много возможностей для улучшения. Поскольку я работал с умеренно низкими нагрузками, полевые МОП-транзисторы вообще не нагревались, поэтому для этих тестов радиатор не требуется.