Самодельные унч на микросхемах. Очень простой мощный усилитель на микросхеме. Блок управления режимами Mute и Stand-By

Впервые обратил внимание на чип LT1210 на Датагоре. Мне его вручили после Новогоднего конкурса в виде подарка. Первой практической конструкцией на LT1210 был ушной усь с однополярным питанием для нашего ЦАП-а Goldsmith. .
Далее эта разработка перекочевала в руки Yooree, где кроме имени ASTREAM, получила двухполярное питание и некоторые э... изменения схемотехники.

Изученные свойства чипа и отзывы повторивших WHH Юрия сподвигли меня на постойку линейного усилителя для мини-мониторов. Основной целью была разработка стабильной, легко повторяемой конструкции, не требующей наладки. Попутно решались такие вопросы, как проблемы с устойчивостью к реактивной нагрузке, повышенная постоянка на выходе у WHH и т.п.
При разработке усилителя учитывался и такой важный фактор как оптимальная разводка "земель" и ПП. Разработан вариант с удвоенной выходной мощностью.

От Датагора:
Работа над ошибками удалась на славу! В итоге получился правильный WHH, а точнее WK - Waft Killer.
Даже целых два варианта - УМЗЧ Waft Killer 7 и умощненный Waft Killer 15.
Датагор.РУ рекомендует для сборке именно эти варианты УМЗЧ на LT1210.

Обновление - там же смотрите мостовую версию WK60!!!

Как вы думаете, что изображено на фото? Так, с задних рядов не подсказываем!

А пока ищем в поисковике по надписи на плате, я расскажу вам, что это. Это модуль UcD250 от компании Hypex Electronics.
Ничего особенного. Класс D, 250 Вт заявленной мощности. Нормально, да?
Опять китайцы нарисовали свои Ватты? Нет, сегодня все честно и по-настоящему.
Это внутренности монитора ближнего поля EveAudio, предназначенного для профессиональной студийной работы.
Размерчик модуля можно оценить по фото, для масштаба обычная АА-батарейка.

Предварительный усилитель-коммутатор с цифровым управлением. Применяем с программированием через оболочку Arduino, электронные потенциометры от Microchip, графический TFT.

Разрабатывать и собирать это устройство в мои планы не входило. Ну вот просто никак! У меня уже есть два предварительных усилителя. Оба меня вполне устраивают.
Но, как обычно происходит у меня, стечение обстоятельств или цепь неких событий, и вот нарисовалась задача на ближайшее время.

Cнова приветствую читателей Датагора! Во второй части займёмся конструированием 6-канального регулятора громкости.

Состоит регулятор из двух основных микросхем: микроконтроллера ATiny26 и специализированного чипа TDA7448. Я добавил индикатор громкости (линейку из 7-и светодиодов), чтобы примерно знать, какой установлен уровень, ведь в роли ручки регулятора выступает неограниченно вращающийся энкодер.

И тут я решил попробовать объёмный звук «5.1». Но бюджетно, без жертв. И понеслась! Начал разбирать, ковырять, проектировать, собирать, пилить, сверлить… В общем, взялся прокачивать систему.
Результаты в двух частях предлагаю уважаемым читателям.

Случайно в мои руки попал проигрыватель пластинок «Арктур-006-стерео». Поэтому появилась острая нужда в фонокорректоре. На просторах Интернета наткнулся на схему А. Бокарёва , по которой и решил сделать столь необходимый девайс.
Сзади у проигрывателя есть два выходных разъёма (СГ-5/DIN): один со встроенного фонокорректора (500мВ), второй в обход, для подключения к внешнему (5мВ). При использовании встроенного фонокорректора во второй выход устанавливается перемычка.

Характеристики встроенного корректора мне не понравились, а при включении выяснилось, что он неисправен - я услышал в динамиках только гул 50 Гц. Желания его восстанавливать не возникло, отключил плату встроенного корректора совсем.
Буду слушать свой вариант.

Источник фото: vega-brz.ru

Электропроигрыватель высшей группы сложности «Арктур-006-стерео» с 1983 года выпускал Бердский радиозавод. Проигрыватель выполнен на базе двухскоростного ЭПУ G-2021, со сверхтихоходным электродвигателем и прямым приводом. Имеются регулятор прижимной и компенсатор скатывающей силы, подстройка частоты вращения диска по стробоскопу, автостоп, микролифт, переключатель скорости и автовозврат тонарма по окончании грампластинки.

В настоящем проекте рассмотрены усилители для головных телефонов на массовых микросхемах, таких как , BA5415A и BA5417.

Я воздержался от философских рассуждений, какая из представленных схем звуковоспроизведения «более правильная». Цель экспериментов другая – предоставить для повторения достойные схемы, а увлеченные читатели сами сделают выбор и поделятся своими впечатлениями.

Усилитель на микросхеме TDA 2003

Всем знакома схема моноусилителя на микросхеме TDA 2003. Используется она в различной радиоаппаратуре: в телевизорах, колонках для компьютера, автомагнитолах и т. д. Данная микросхема - усилитель питается от напряжения 8 - 18 вольт, потребление тока в покое -50мА., максимальный же 3А. Выходная мощность (Uп=14В): - RL=4,0 Ом - 6 Вт - RL=3,2 Ом - 7,5 Вт - RL=2,0 Ом - 10 Вт Аналог - К174УН14.

Совсем несложный УНЧ на двух микросхемах и двух транзисторах

Усилитель развивает выходную мощность до 25 вт на канал. Может работать на нагрузку 3-10 ом. В общем, неплохой аналоговый HI-FI усилитель КНИ не более 0,03%

Простой усилитель НЧ

Технические характеристики усилителя:

Номинальный диапазон частот, Гц...............................63...12500. Номинальное входное напряжение, В................................... 0,25. Номинальная входная мощность, Вт, на нагрузке сопротивлением 4 Ом при коэффициенте гармоник не более 1% .............................. 2.

УМЗЧ на TDA2005

Простой УМЗЧ на дешевой микросхеме TDA2005. Развивает мощность до 18W, хорошо работает от автомобильной борт-сети и от лабораторного источника. Налаживания не требует, - нужно только правильно собрать, и не забыть о радиаторе. Печать дана «в зеркале» под «лазерный утюг». Конденсаторы на напряжение не ниже питающего. Надеюсь, кому-нибудь пригодится.

Мощный УНЧ для аудиоцентра

При самостоятельном изготовлении аудио-центра или модернизации имеющегося, разработке усилителя для домашнего театра может понадобится компактный и мощный модуль УМЗЧ. Очень удобен в этом смысле усилитель, выполненный на основе микросхемы TDA 7294, такие достоинства микросхемы, как ысокая выходная мощность, широкий диапазон питающего напряжения и

низкий уровень гармонических искажений, в сочетании с вполне доступной ценой, делают привлекательным использование этого

усилителя во многих самодельных конструкциях аудиотехники, а так же, при ремонте и модернизации УНЧ аппаратуры промышленного производства.

Технические характеристики:

2. Номинальное напряжение питания +30V.

3. Максимальная выходная мощность при номинальном напряжении питания на нагрузке 4 От, - 100W.

4. Входное сопротивление 22 кОт.

5. Чувствительность 750 mV.

6. Коэффициент гармонических искажений при мощности 60W, не более 0,5%.

7. Сопротивление нагрузки от 4 до 8 От.

Подбором R1 или R2 можно подкорректировать чувствительность усилителя мощности Усилитель включается «мягким способом»

при помощи выключателя S1. Выключатель S1 один на оба канала, если канала два, в схеме второго канала просто не будет

резисторов R7 и R6, а точка соединения R4 и R5 соединена с аналогичной точкой другого канала.

Выводы 5, 12 и 11 микросхемы не используются, чтобы не усложнять разводку платы они никуда не подключены. Под них даже нет отверстий. Их нужно загнуть вверх или удалить. Радиатор крайне необходим, так как при работе микросхема нагревается весьма быстро и ощутимо.

Включать усилитель без радиатора нельзя даже кратковременно. При мощности около 100W площадь поверхности радиатора должна быть не менее 500 см2. Можно использовать и радиатор меньшей поверхности, но обеспечить его принудительный обдув при помощи вентилятора, например, от источника питания

персонального компьютера

Изолировать радиатор от микросхемы не обязательно, но только

если он не соединен с общим проводом питания или другими токоведущими частями, кроме отрицательной шины питания. Дело в том, что у TDA7294 с радиаторной пластиной «контачит» цепь отрицательного питания.

УНЧ на микросхеме TDA7294

TDA7294 - детище компании SGS-THOMSON Microelectronics, эта микросхема представляет собой усилитель низкой частоты AB класса, и построена на полевых транзисторах. Вывести из строя, проще говоря, спалить, ее практически невозможно, в ней реализована защита от КЗ и перегрева.

Из достоинств TDA7294 можно отметить следующее:

выходная мощность 70Вт для нагрузки сопротивлением 4Ом, при искажениях 0,3-0,8%;

функции приглушения (Mute) и режима ожидания (Stand-By);

низкий уровень шумов, малые искажения, диапазон частот 20-20000Гц, широкий диапазон рабочих напряжений - ±10 - ±40В.

Мощный мостовой УНЧ 4х40 ВТ на TDA8571J

УНЧ выполнен на интегральной микросхеме TDA8571J (DA1). Эта ИМС представляет собой УНЧ класса В и устанавливается в авто-аудиоустройствах для получения высококачественного выходного музыкального сигнала средней мощности. Микросхема содержит четыре идентичных мостовых усилителя развивающих мощность до 40 Вт на нагрузке 4 Ом.

Характеристики усилителя

• рабочее напряжение Upаб = 14.4B (8-18B);
• номинальное сопротивление Rн = 4 Ом;
• частотный диапазон F = 20... 20000 ГЦ

Замыканием контактов SW1 осуществляется перевод микросхемы из дежурного режима в рабочий и наоборот.

Характерная особенность данной микросхемы - наличие диагностического выхода 9, который в свою очередь позволил отобразить следующие аварийные ситуации:

Перегрузка ИМС

Перегрев ИМС

КЗ в нагрузке

Особое внимание следует обратить на подключение усилителя к источнику питания: ИМС чрезвычайно чувствительна к напряжению питания – максимум 18 В. Переполюсовка источника напряжения питания приводит к выходу ИМС из строя.

Микросхему усилителя необходимо установить на теплоотвод. В качестве радиатора можно использовать металлический корпус или шасси устройства, в которое производится установка УНЧ. При монтаже рекомендуется использовать теплопроводную пасту типа КТП-8.

Вместо транзистора VT1 вполне подходит КТ3102,КТ315 и им подобные; вместо VT2 пойдёт КТ3107,КТ361; светодиод - любой

Статья посвящается любителям громкой и качественной музыки. TDA7294 (TDA7293) – микросхема усилителя низкой частоты производства французской фирмы THOMSON. Схема содержит полевые транзисторы, что обеспечивает высокое качество звучания и мягкий звук. Простая схема, мало добавочных элементов делает схему доступной для изготовления любому радиолюбителю. Правильно собранный усилитель из исправных деталей начинает работать сразу и в наладке не нуждается.

Усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме TDA 7294 отличается от остальных усилителей такого класса:

• высокая выходная мощность,
• широкий диапазон напряжения питания,
• низкий процент гармонических искажений,
• «мягкий» звук,
• мало «навесных» деталей,
• невысокая стоимость.

Применять можно в радиолюбительских аудиоустройствах, при доработке усилителей, акустических систем, устройств аудиотехники и т.д.

На рисунке ниже показана типовая принципиальная схема усилителя мощности для одного канала.

Микросхема TDA7294 это мощный операционный усилитель, коэффициент усиления которого устанавливается цепью отрицательной обратной связи, включенной между его выходом (14 выв. микросхемы) и инверсионным входом (выв. 2 микросхемы). Прямой сигнал поступает на вход (выв. 3 микросхемы). Цепь состоит из резисторов R1 и конденсатора С1. Изменяя значения сопротивлений R1 можно подстроить чувствительность усилителя под параметры предварительного усилителя.

Структурная схема усилителя на TDA 7294

Технические характеристики микросхемы TDA7294

Технические характеристики микросхемы TDA7293

Принципиальная схема усилителя на TDA7294

Для сборки этого усилителя понадобятся следующие детали:

1. Микросхема TDA7294 (или TDA7293)
2. Резисторы мощностью 0.25 вата
R1 – 680 Om
R2, R3, R4 – 22 kOm
R5 – 10 kOm
R6 – 47 kOm
R7 – 15 kOm
3. Конденсатор плёночный, полипропиленовый:
C1 – 0.74 mkF
4. Конденсаторы электролитические:
C2, C3, C4 – 22 mkF 50 volt
C5 – 47 mkF 50 volt
5. Резистор переменный сдвоенный — 50 kOm

На одной микросхеме можно собрать моно усилитель. Чтобы собрать стерео усилитель, надо сделать две платы. Для этого все необходимые детали умножаем на два, кроме сдвоенного переменного резистора и БП. Но об этом позже.

Печатная плата усилителя на микросхеме TDA 7294

Монтаж элементов схемы выполнен на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Похожая схема, но немного побольше элементов, в основном конденсаторов. Включена схема задержки включения по входу «mute» выв.10. Это сделано для мягкого, без хлопков, включения усилителя.

На плату устанавливается микросхема, у которой удалены не использующиеся выводы: 5, 11 и 12. Производите монтаж проводом с сечением не менее 0,74 мм2. Саму микросхему необходимо установить на радиатор площадью не менее 600 см2. Радиатор не должен касаться корпуса усилителя так, как на нём будет отрицательное напряжение питания. Сам же корпус необходимо соединить с общим проводом.

Если использовать меньшую площадь радиатора, необходимо сделать принудительный обдув, поставив вентилятор в корпус усилителя. Вентилятор подойдёт от компьютера, напряжением на 12 вольт. Саму микросхему следует крепить на радиатор с помощью теплопроводной пасты. Радиатор не соединять с токоведущими частями, кроме шины отрицательного питания. Как писали выше, металлическая пластина сзади микросхемы соединена с цепью отрицательного питания.

Микросхемы для обоих каналов можно установить на один общий радиатор.

Блок питания для усилителя.

Блок питания представляет собой понижающий трансформатор с двумя обмотками напряжением 25 вольт и силой тока не менее 5 ампер. Напряжение на обмотках должно быть одинаковым и конденсаторы фильтра тоже. Нельзя допускать перекоса напряжения. При подаче двухполярного питания на усилитель, оно должно подаваться одновременно!

Диоды в выпрямителе лучше поставить сверхбыстрые, но в принципе подойдут и обычные типа Д242-246 на ток не менее 10А. Желательно параллельно каждому диоду припаять конденсатор ёмкостью 0,01 мкф. Также можно использовать готовые диодные мосты с такими же параметрами по току.

Конденсаторы фильтра C1 и C3 имеют ёмкость 22.000 мкф на напряжение 50 вольт, конденсаторы C2 и C4 имеют ёмкость 0,1 мкф.

Напряжение питания в 35 вольт должно быть только при нагрузке 8 Ом, если у вас нагрузка 4 Ома, то напряжение питания надо уменьшить до 27 вольт. В этом случае напряжение на вторичных обмотках трансформатора должно быть 20 вольт.

Можно использовать два одинаковых трансформатора мощностью 240 ватт каждый. Один из них служит для получения положительного напряжения, второй — отрицательного. Мощность двух трансформаторов составляет 480 ватт, что вполне подойдет для усилителя с выходной мощностью 2 х 100 Ватт.

Трансформаторы ТБС 024 220-24 можно заменить на любые другие мощностью не менее 200 Ватт каждый. Как писали выше питание должно быть одинаковое — транcформаторы должны быть одинаковые!!! Напряжение на вторичной обмотке каждого трансформатора от 24 до 29 вольт.

Схема усилителя повышенной мощности на двух микросхемах TDA7294 по мостовой схеме.

По такой схеме для стерео варианта понадобится четыре микросхемы.

Технические характеристики усилителя:

• Максимальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом (пит. +/- 25В) — 150 Вт;
• Максимальная выходная мощность на нагрузке 16 Ом (пит. +/- 35В) — 170 Вт;
• Сопротивление нагрузки: 8 — 16 Ом;
• Коэф. гармонических искажений, при макс. мощности 150 ватт, напр. 25В, нагр. 8 Ом, частоте 1 кГц — 10%;
• Коэф. гармонических искажений, при мощности 10-100 ватт, напр. 25В, нагр. 8 Ом, частоте 1 кГц — 0,01%;
• Коэф. гармонических искажений, при мощности 10-120 ватт, напр. 35В, нагр. 16 Ом, частоте 1 кГц — 0,006%;
• Частотный диапазон (при нер. АЧХ 1 db) — 50Гц … 100кГц.

Вид готового усилителя в деревянном корпусе с прозрачной верхней крышкой из оргстекла.

Для работы усилителя в полную мощность нужно подать необходимый уровень сигнала на вход микросхемы, а это не менее 750мВ. Если сигнала не хватает, то нужно собрать для раскачки предварительный усилитель.

Схема предварительного усилителя на TDA1524A

Налаживание усилителя

Правильно собранный усилитель в налаживании не нуждается, но никто не гарантирует, что все детали абсолютно исправны, при первом включении нужно соблюдать осторожность.

Первое включение проводится без нагрузки и с отключенным источником входного сигнала (лучше вообще закоротить вход перемычкой). Хорошо бы в цепь питания (и в «плюс» и в «минус» между источником питания и самим усилителем) включить предохранители порядка 1А. Кратковременно (~0,5 сек.) подаем напряжение питания и убеждаемся, что ток, потребляемый от источника небольшой — предохранители не сгорают. Удобно, если в источнике есть светодиодные индикаторы — при отключении от сети, светодиоды продолжают гореть не менее 20 секунд: конденсаторы фильтра долго разряжаются маленьким током покоя микросхемы.

Если потребляемый микросхемой ток большой (больше 300 мА), то причин может быть много: КЗ в монтаже; плохой контакт в «земляном» проводе от источника; перепутаны «плюс» и «минус»; выводы микросхемы касаются перемычки; неисправна микросхема; неправильно впаяны конденсаторы С11, С13; неисправны конденсаторы С10-С13.

Убедившись, что с током покоя все нормально, смело включаем питание и измеряем постоянное напряжение на выходе. Его величина не должна превышать +-0,05 В. Большое напряжение говорит о проблемах с С3 (реже с С4), или с микросхемой. Бывали случаи, когда «межземельный» резистор либо был плохо пропаян, либо вместо 3 Ом имел сопротивление 3 кОм. При этом на выходе была постоянка 10…20 вольт. Подключив к выходу вольтметр переменного тока, убеждаемся, что переменное напряжение на выходе равно нулю (это лучше всего делать с замкнутым входом, или просто с не подключенным входным кабелем, иначе на выходе будут помехи). Наличие на выходе переменного напряжения говорит о проблемах с микросхемой, или цепями С7R9, С3R3R4, R10. К сожалению, зачастую обычные тестеры не могут измерить высокочастотное напряжение, которое появляется при самовозбуждении (до 100 кГц), поэтому лучше всего здесь использовать осциллограф.

Если нужно сделать простой, но достаточно мощный УМЗЧ — микросхема TDA2040 или TDA2050 будет наилучшим и недорогим решением. Этот небольшой стереофонический усилитель ЗЧ построен на основе двух всем известных микросхем TDA2030A. По сравнению с классическим включением, в этой схеме улучшена фильтрация питания и оптимизирована разводка печатной платы. После добавления любого предусилителя и блока питания — конструкция идеально подходит для изготовления самодельного домашнего усилителя мощности звука, примерно на 15 Вт (каждый канал). Проект изготовлен на основе TDA2030A, но можно использовать TDA2040 или TDA2050, тем самым раза в полтора увеличивая выходную мощность. Усилитель подходит для динамиков с сопротивлением 8 или 4 Ом. Преимуществом конструкции является то, что она не требует двух-полярного питания, как большинство . Схема отличается хорошими параметрами, легкостью запуска и надежностью в работе.

Принципиальная электрическая схема УНЧ

Усилитель 2x15W ТДА2030 — схема стерео

TDA2030A позволяет спаять усилитель низкой частоты класса AB. Микросхема обеспечивает большой выходной ток, характеризуясь при этом низкими искажениями сигнала. Есть защита встроенная от короткого замыкания, которая автоматически ограничивает мощность до безопасной величины, а также традиционная для таких устройств тепловая защита. Схема состоит из двух одинаковых каналов, работа одного из которых описана далее.

Принцип действия усилителя на TDA2030

Резисторы R1 (100k), R2 (100k) и R3 (100k) служат для создания виртуального нуля усилителя U1 (TDA2030A), а конденсатор C1 (22uF/35V) фильтрует это напряжение. Конденсатор С2 (2,2 uF/35V) отсекает постоянную составляющую — предотвращает попадание постоянного напряжения на вход микросхемы усилителя через линейный вход.

Элементы R4 (4,7k), R5 (100k) и C4 (2,2 uF/35V) работают в петле отрицательной обратной связи и имеют задачу формирования частотной характеристики усилителя. Резисторы R4 и R5 определяют уровень усиления, в то время как C4 обеспечивает усиление в единицу для постоянной составляющей.

Резистор R6 (1R) вместе с конденсатором C6 (100nF) работают в системе, которая формирует характеристику АЧХ на выходе. Конденсатор C7 (2200uF/35V) предотвращает прохождение постоянного тока через динамик (пропуская переменный звуковой сигнал музыки).

Диоды D1 и D2 предотвращают появление опасных напряжений обратной полярности, которые могут возникнуть в катушке динамика и испортить микросхему. Конденсаторы C3 (100nF) и C5 (1000uF/35V) фильтруют питающее напряжение.

Печатная плата УНЧ

Печатная плата УНЧ ТДА2030

Печатную плату можете посмотреть на фотографиях. с чертежами можно в архиве (без регистрации). Что касается сборки — удобно сначала впаять две перемычки на шинах питания. По возможности следует использовать более толстый провод, а не тоненькую ножку от резистора, как часто бывает. Если усилитель будет работать с АС 8 Ом, а не 4 Ома — конденсаторы C7 и C14 (2200uF/35V) могут иметь значение 1000uF.

На фланцы обязательно следует прикрутить радиаторы или один общий радиатор, помня, что корпуса микросхем TDA2030A внутренне связаны с массой.

На печатной плате с успехом можно применять микросхемы TDA2040 или TDA2050 без всяких изменений цоколёвки. Плата была разработана таким образом, чтобы ее можно было при необходимости перерезать в месте, обозначенном пунктирной линией, и использовать только одну половину усилителя с микросхемой U1. На место разъемов AR2 (TB2-5) и AR3 (TB2-5) можете впаивать провода напрямую, если аудио разъёмы закреплены на корпусе усилителя.

Печатная плата усилителя готовая с расположением деталей

Корпус и БП

Блок питания берите или с трансформатором плюс выпрямитель, или готовый импульсный, например от ноутбука. Усилитель необходимо питать не стабилизированным напряжением в пределах 12 — 30 В. Максимальное напряжение питания 35 В, до которого естественно лучше не доходить на пару вольт, мало ли что.

Корпус делать с нуля очень хлопотно, так что проще всего подобрать готовую коробку (металл, пластик) или даже готовый корпус от электронного устройства (ТВ тюнер спутниковый, плеер DVD).

– 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.

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 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.

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.

В этом УМЗЧ проявляются еще 2 хитрости: во-первых, в очень мощных усилителях каскад раскачки мощного выхода тоже нужно охлаждать, поэтому VT3 ставят на радиатор от 100 кв. см. Для выходных VT4 и VT5 нужны радиаторы от 400 кв. см. Во-вторых, УМЗЧ с двухполярным питанием совсем без нагрузки не балансируются. То один, то другой выходной транзистор уходит в отсечку, а сопряженный в насыщение. Затем, на полном напряжении питания скачки тока при балансировке способны вывести из строя выходные транзисторы. Поэтому для балансировки (R6, догадались?) усилитель запитывают от +/–24 В, а вместо нагрузки включают проволочный резистор 100…200 Ом. Кстати, закорючки в некоторых резисторах на схеме – римские цифры, обозначающие их необходимую мощность рассеяния тепла.

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:

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.

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

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.

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».

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.