Тем более такие самоделки, которые на первый взгляд могут оказаться не легкими. В этой статье я расскажу как без каких-либо затруднений и финансовых затрат сделать свой самодельный усилитель звука.
Многие начинающие в радио деле знают, что усилитель звука, будь он что в музыкальном центре или магнитоле состоит из главного элемента, такого как микросхема.
Интегральные микросхемы усилителей широко распространены в бытовой технике, например в телевизорах и компьютерных колонок. Но дело в том, что усилитель в таких случаях слабый, а стоить он будет дороже, так как уже собран.
Для того, чтобы собрать усилитель звука, питается он кстати от 12 в блока питания, нужно:
Микросхема усилителя, приобрел её в радиомагазине за 56 рублей
Конденсаторы, один на 2200 мкф, другой на 100 мкф
Стеклотекстолит, для нашей микросхемы хватит маленького кусочка
Короб для корпуса.
Штекер под подключение тюльпана
Штекер для входа звука, от сломанных наушников или от компьютерных колонок, не важно откуда
Включатель
Пять проводов
Радиатор охлаждения
Четыре шурупа
Термоклей
Канцелярский нож
Паяльник, для удобства ватт на 20-40
Канифоль
Термопаста
Лак, растворитель, перекись водорода, лимонная кислота, соль.
Все компоненты готовы и стоят они в сумме не больше 150 рублей, тем что микросхему можно вытащить из телевизора, который еще более менее распространен на рынке, в телевизоре старого образца такого усилителя не будет.
Вооружимся для начала стеклотекстолитом, перекисью водорода, лимонной кислотой и солью. Весь этот раствор необходимо замешать в чаше с высотой стенок 10 - 20 мм, мешаем в пропорции 50 мл перекиси на 15 грамм лимонной кислоты, туда же добавляем щепотку соли, хватит 5 грамм.
Следующим шагом будет вырисовка лаком для ногтей будущих дорожек платы. Делаем это аккуратно, излишки вытираем растворителем. Для нашей микросхемы необходимо такое расположение дорожек.
Ждем минут 5 и опускаем плату в раствор, в среднем плата должна протравиться за 30-40 минут. После того, как время прошло необходимо удалить лак.
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.
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.
На этой крошке удобно осваивать азы наладки УМЗЧ с непосредственными связями между каскадами, дающими наиболее чистый звук:
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.
Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:
Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.
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.
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.
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.
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%
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):
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!
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.
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.
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 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.
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.
Данный усилитель мощности основан на PA100, подробно описанный в приложении от National Semiconductor"s AN1192
Когда я собрал свои мощные самодельные 4-х омные колонки, то усилитель не мог "раскачать" такую нагрузку, поэтому решено было собирать более мощный усилитель. Я разработал схему усилителя мощности, в которой используется две микросхемы LM3886 на канал, в схеме с параллельным включением. На 8-ми омной нагрузке выходная мощность усилителя получается порядка 50 Ватт, на 4-х омной 100 Ватт. В данном усилителе используется четыре микросхемы УНЧ LM3886.
Кстати Jeff Rowland в некоторых своих Hi-Fi конструкциях использует LM3886 и имеет хорошие отзывы. Так что недорогой усилитель тоже может быть качественным!
Микросхема LM3886 включена по схеме неинвертирующего усилителя. Входное сопротивление УНЧ зависит от резистора R1 (47 кОм). Резистор R20 (680 Ом) и конденсатор C20 (470 пФ) образуют фильтр высоких частот на входных RCA-разъемах. Конденсаторы C4 и С8 (220 пФ) служат для фильтрации ВЧ на входах микросхемы LM3886.
При сборке усилителя, в некоторых местах я использовал высококачественные конденсаторы: C1 (1 мкФ) "Auricap" для фильтрации постоянной составляющей, С2 и С6 (100 мкФ) "Blackgate" и С12, С16 (1000 мкФ) "Blackgate".
Принципиальная схема усилителя приведена ниже.
Разработка печатной платы велась с учетом того, чтобы силовая земля (питания) и сигнальная были разделены. Сигнальная земля находится в середине и окружена силовой землей. Возле С5 они соединены тонкой дорожкой. Проектирование печатной платы велось в программе PADS PowerPCB 5.0.
Сам делать печатную плату я не стал, а отдал фирме. Когда забрал ее, то обнаружил,что некоторые отверстия были меньшего диаметра чем нужно. Рассверлил уже сам вручную. На фото ниже фотография платы.
Резисторы 1кОм и 20кОм были вручную подобраны с точностью до 0.1%. В качестве выходных резисторов я использовал шесть резисторов номиналом 1 Ом 0.5 Ватт 1%, потому как 3-х Ваттный 1% резистор найти проблематично.
Я использовал изолированную версию микросхемы - LM3886 TF, поэтому я напрямую присоединил к корпусу и радиатору через теплопроводную пасту.
Разделительный конденсатор "Auricap" 1мкФ 450В. Был куплен высококачественный конденсатор, поскольку он задействован в главной сигнальной цепи.
Конденсаторы в ВЧ-фильтре: "Silver Mica" 47пФ и 220пФ.
В фильтре по питанию использовался конденсатор "Blackgate" 1000мкФ 50В
Кондеры C2 и C6 тоже фирмы "Blackgate" номиналом 100мкФ 50В. Для лучшего результата лучше использовать биполярные конденсаторы, однако я использовал электролиты, т.к. биполярные не поместились бы на плату.
Фильтрующая цепочка R20(680 Ом) + C20(470 пФ) помещена прямо на RCA-разъеме. Это помогает отфильтровывать ВЧ-шумы до того, как они попадут на плату усилителя.
Разделительный конденсатор источника питания 0.1мкФ припаян с обратной стороны платы усилителя прямо на ножку LM3886, это позволяет лучше фильтровать ВЧ-шумы.
Микросхема LM3886 посажена на алюминиевый радиатор, а затем к корпусу усилителя. Снаружи корпуса я прикрепил еще 3 радиатора от процессорных вентиляторов PC. Везде использовалась термопаста для лучшей теплоотдачи.
Со всеми этими радиаторами усилитель греется совсем немного на средней громкости.
В источнике питания я использовал микросхему регулируемого стабилизатора напряжения LT1083. Перед ней поставил конденсаторы емкостью 10000 мкФ после - 100 мкФ. Преимущество использования регулируемого стабилизатора напряжения в том, что практически отсутствует напряжение пульсаций. Без него слышен небольшой 50/100 Гц шум.
В диодных мостах использовались мощные диоды MUR860.
Стабилизатор напряжения LT1083 может обеспечивать ток до 8А.
Трансформатор использовался мощностью 500ВА 2х25В. После стабилизатора, напряжение 30 Вольт.
В дальнейшем планирую заменить стабилизатор на более мощный (см. схему ниже). Транзистор TIP2955 способен выдерживать токи до 15А.
После сборки усилителя я измерил постоянное напряжение и получил смещение около 7 мВ на разъемах динамика. Разница напряжения между двумя выходами микросхем меньше чем 1 мВ.
Звучание усилителя чем то похоже на звучание собранного мною ранее усилителя на LM3875 - очень чистое. Не слышен ни шум, ни шипение, ни гудение. Сравнивая с усилителем на LM3875, данный усилитель развивает примерно вдвое большую мощность на моих 4-х Омных колонках и обеспечивает глубокий и напористый бас и хорошую динамику.
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| УНЧ | |||||||
| U1, U2 | Аудио усилитель | LM3886 | 2 | В блокнот | |||
| C1 | Конденсатор | 1 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C2, C6 | 100 мкФ | 2 | В блокнот | ||||
| C3, C7 | Конденсатор | 4.7 пФ | 2 | В блокнот | |||
| C4, C8 | Конденсатор | 220 пФ | 2 | В блокнот | |||
| C5, C9 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C10, C11, C13 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C12, C14 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C20 | Конденсатор | 470 пФ | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 47 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R2, R3, R7, R8 | Резистор | 1 кОм | 4 | В блокнот | |||
| R4, R9 | Резистор | 22 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R5, R10 | Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R6, R11, R13-R16 | Резистор | 0.5Ом 1Вт 1% | 6 | В блокнот | |||
| R12 | Резистор | 2 Ом | 1 | В блокнот | |||
| R20 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | |||
| Блок питания | |||||||
| U1, U2 | Линейный регулятор | LT1083 | 2 | В блокнот | |||
| D1-D8 | Выпрямительный диод | MUR860 | 8 | В блокнот | |||
| C1, C4 | Электролитический конденсатор | 10000 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C2, C5 | Конденсатор | 1 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C3, C6 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| R1, R2 | Резистор | 100 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R3, R4 | Подстроечный резистор | 2.5 кОм | 2 | В блокнот | |||
| TX1, TX2 | Трансформатор | 220/25В | 2 | В блокнот | |||
| Мощный стабилизатор | |||||||
| N1, N2 | Линейный регулятор | LM317 | 2 | В блокнот | |||
| V1, V2 | Биполярный транзистор | TIP2955 | 2 | В блокнот | |||
| V3-V12 | Выпрямительный диод | MUR1560 | 10 | В блокнот | |||
| V13, V14 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 2 | ||||
Евгения Смирнова
Посылать свет в глубину человеческого сердца - вот назначение художника
Содержание
Подключение динамиков к ноутбуку, телевизору или другому источнику музыки иногда требует усиления сигнала с помощью отдельного устройства. Идея собрать усилитель своими руками хороша, если вы склонны к работе с печатными платами в домашних условиях и имеете некоторые технические навыки.
Начало работ по сборке усиливающего устройства для колонок того или иного типа состоит из поиска инструментов и комплектующих. Схема усилителя на печатной плате собирается с помощью паяльника на термоустойчивой опоре. Рекомендуется использовать специальные паяльные станции. Если сборка своими руками проводится для целей тестирования схемы или для использования в течение небольшого срока, подойдет вариант «на проводах», но вам потребуется больше места для размещения комплектующих. Печатная плата гарантирует компактность устройства и удобство в дальнейшем применении.
Дешевый и распространенный усилитель для наушников или малых динамиков создается на базе микросхемы – миниатюрного управляющего блока с заранее вшитым набором команд управления электрическим сигналом. К схеме с микросхемой остается добавить всего несколько резисторов и конденсаторов. Суммарная стоимость усилителя любительского класса в итоге значительно ниже цены готовой профессиональной аппаратуры из ближайшего магазина, но и функционал ограничивается изменением выходной громкости аудиосигнала.
Помните об особенностях компактных одноканальных усилителей, собираемых своими руками на основе микросхем серий TDA и их аналогов. Микросхема выделяет большое количество тепла в процессе работы, поэтому вы должны исключить или минимизировать ее соприкосновение с другими деталями устройства. Радиаторная решетка для отвода тепла рекомендуется к использованию. В зависимости от модели микросхемы и мощности усилителя увеличивается размер требуемого радиатора. Если усилитель собирается в корпусе, следует предварительно спланировать место под теплоотвод.
Другая особенность сборки усилителя звука своими руками – низкое потребляемое напряжение. Это позволяет использовать простой усилитель в автомобилях (питание от авто аккумулятора), в дороге или дома (питание от специального блока или батарей). Некоторые упрощенные усилители звука требуют напряжения тока всего в 3 Вольта. Потребляемая мощность зависит от того, какая степень усиления звукового сигнала требуется. Усилитель звука c плеера для стандартных наушников потребляет около 3 Ватт.
Начинающему радиолюбителю рекомендуется воспользоваться компьютерной программой для создания и просмотра принципиальных схем. Файлы для таких программ могут иметь расширение *.lay – они создаются и редактируются в популярном виртуальном инструменте Sprint Layout. Создание схемы своими руками с нуля имеет смысл, если вы уже набрались опыта и желаете экспериментировать с полученными знаниями. Иначе ищите и скачивайте готовые файлы, по которым можно быстро собрать замену низкочастотному усилителю для автомагнитолы или цифровому комбоусилителю для гитары.
Собирается звукоусилитель своими руками для ноутбука в одном из двух случаев: встроенные динамики вышли из строя либо же их громкости и качества звучания недостаточно для ваших нужд. Потребуется простой усилитель, рассчитанный на мощность внешних колонок до 2 Ватт, и сопротивление обмоток до 4 Ом. Для его сборки своими руками кроме стандартных инструментов радиолюбителя (плоскогубцы, паяльная станция) потребуется печатная плата, микросхема TDA 7231, блок питания на 9 Вольт. Самостоятельно подберите корпус, в котором разместятся компоненты усилителя.
В список закупаемых комплектующих добавьте следующие позиции:
Порядок сборки определите самостоятельно в зависимости от того, какую электросхему формата *.lay вы скачали. Радиатор подберите такого размера, чтобы его теплопроводность позволила сохранять рабочую температуру микросхемы ниже 50 градусов Цельсия. Если устройство постоянно используется с ноутбуком вне помещений, ему потребуется самодельный корпус с прорезями или отверстиями для циркуляции воздуха. Собрать такой корпус можно своими руками из пластикового контейнера или остатков старой радиоаппаратуры, закрепив плату с помощью длинных винтов.
Простейший стереоусилитель для портативных наушников должен обладать небольшой мощностью, но самым важным параметром будет энергопотребление. В идеальном примере конструкция запитана от пальчиковых батареек, в крайнем случае, от простого адаптера на 3 Вольт. Вам понадобится высококачественная микросхема TDA 2822 или ее аналог (например, КА 2209), электронная схема сборки усилителя своими руками на TDA 2822. Дополнительно возьмите комплектующие:
Теплоотводящий элемент понадобится, если желаете сделать усилитель компактным и с закрытым корпусом. Усилитель можете собрать на готовой или самодельной печатной плате либо навесным монтажом. Импульсный трансформатор в источнике питания может создавать помехи, поэтому не используйте его в данном варианте усилителя. Готовый усилитель обеспечит приятный и мощный звук с плеера (записи или радиосигнал), планшета или телефона.
Низкочастотный усилитель собирается своими руками на микросхеме TDA 7294. Используется как для создания мощной акустики с басами в квартире, так и в качестве автоусилителя – в этом случае, правда, нужно приобрести двухполярный источник питания на 30-35 Вольт. На рисунках ниже описано расположение комплектующих, а также номинал резисторов и конденсаторов. Такой усилитель для сабвуфера обеспечит выходную мощность до 100 Ватт с выделяющимися низкими частотами.
В качестве устройства усиления звука для отечественных или зарубежных домашних колонок подойдет описанная выше конструкция для ноутбуков. Стационарное размещение устройства позволит выбирать любой адаптер питания из имеющихся в наличии. Миниатюрность и приемлемый внешний вид недорогого усилителя вы сможете обеспечить, соблюдая несколько правил:
Ламповые усилители звука – это дорогостоящие устройства при условии, что вы закупаете все комплектующие на собственные средства. Старые радиолюбители иногда держат у себя коллекции ламп и других деталей. Собрать ламповый усилитель на дому своими руками относительно легко, если вы готовы потратить несколько дней на поиск подробных схем в интернете. Схема усилителя звука в каждом случае уникальна и зависит от источника звука (старый магнитофон, современная цифровая техника), источника питания, предполагаемых габаритов и других параметров.
Сборка предусилителя звука своими руками без использования сложных микросхем возможна на транзисторах. Усилитель на германиевых транзисторах легко встраивают в современные аудиосистемы, он не требует дополнительной настройки. Недостатком схем на транзисторах считается больший размер плат в сборе. Неприятна и зависимость от «чистоты» фона – вам потребуется экранированный кабель, либо дополнительная схема подавления шумов и пульсаций из сети.
Наверняка многие хотели бы иметь дома аудио систему 5.1 но за частую цены на такие усилители довольно большие. Я же расскажу как просто и не очень дорого собрать 4-х канальный усилитель для подобной системы. Покопавшись в интернете я выбрал наиболее простой в сборке и не дорогой усилитель достаточной мощности. А именно усилитель на довольно популярной микросхеме TDA 1558Q Сама по себе эта микросхема уже представляет из себя готовый 4-х канальный усилитель мощностью 11 Вт на канал, но этой мощности будет мало для получения качественного и объемного звука поэтому мы будем подключать ее мостовым методом, проще говоря мы спариваем 2 канала и получаем 2-х канальный усилитель мощностью по 22 Вт на канал. Таким образом мы берем две микросхемы и в итоге получаем 4х22 ватта. Если отдельно коснутся микросхемы то из достоинств можно назвать простейшую схему подключения, не высокую цену и достойную мощность при небольшом однополярном напряжении, защита от К.З. перегрева и не верного подключения питания. К недостаткам: низкий КПД порядка 50% (Высокий ток потребления и большой нагрев даже в холостом режиме) Так же на пиковой мощности звук резко обрезается и превращается грохот.
Теперь перейдем к сборке и для начала ознакомимся со схемой.
Схема предельно проста и собирается за 10-15 минут, ее простота позволяет спаять ее навесным монтажом, также стоит напомнить что схема обладает тепловыми характеристиками утюга и для нее необходим радиатор примерно 600 см2 площадью и либо открытый корпус либо принудительное охлаждение в виде вентилятора.
Вот тот набор деталей который понадобился мне для сборки усилителя.
Я использовал два диодных моста по той причине что использовал трансформатор с двумя схожими обмотками, обычно вполне хватит и одного на 8 А.
Отдельно были куплены два штекера 3,5 для включения в аудио карту компьютера.
Теперь думаю можно перейти собственно к сборке усилителя. У меня не было готового блока питания и мне пришлось собирать его самому, и вам рекомендую сделать тоже самое поскольку не просто найти готовые БП с необходимым запасом мощности поскольку при напряжении в 17 В одна микросхема потребляет порядка 3 А даже когда «молчит». Так же если отключить 14-й контакт то усилитель перейдет в «Спящий режим» и ток потребления сократится до пары сотен мА
И так для начала найдем трансформатор необходимой мощности, затем можно самому спаять выпрямитель но я все таки посоветую взять уже готовый диодный мост. Берем и устанавливаем его на не большой радиатор. (у меня не было маленького)
Затем припаиваем конденсаторы
Поскольку мне так же необходимо было установить трансформатор и для другого устройства я решил отделить БП от самого усилителя.
Поскольку я использовал этот усилитель для домашнего компьютера то решил «связать» включение усилителя с включением компьютера как это сделать рассказывается в этой статье () Я пошел не совсем тем путем что в статье я подключил реле к желтому и черному (12 В) проводам идущим из БП системного блока и вывел из него провод к БП усилителя. Еще хочется сказать что чем выше напряжение тем качественнее звук на большой громкости но и соответственно нагрев тоже растет, оптимальное напряжение питания 15 в при превышении порога в 17 вольт усилитель замолкает (На то время пока напряжение превышено) так что если нет звука измерьте напряжение.
Теперь перейдем к сборке собственно самого усилителя. Поскольку схема включения микросхемы примитивна проще наверное быть и не может, я решил спаять все навесным монтажом.
Для начала крепим микросхемы на радиатор предварительно рекомендуется промазать место соединения термопастой
После этого глядя на схему отгибаем необходимые контакты (14, 5, 13 – Плюс питания. 3, 7, 11 – Минус питания. И т.д.) Лишние контакты можно откусить чтобы они не мешались.
После того как вы припаяли все необходимые провода и конденсаторы необходимо избавится от не надежности «хлипкости» (при навесном монтаже) я рекомендую воспользоваться термоклеем аккуратно залить контакты таким образом чтобы избежать короткого замыкания между ними.
По сути усилитель как таковой готов т.е. он уже может полноценно функционировать. Но я сильно сомневаюсь что кто-то будет готов украсить свой стол такой железкой. И поэтому необходим корпус, тут уже все зависит от вашей фантазии, я просто взял корпус от сломанного дисковода.
Для начала все тем же термоклеем закрепил заглушку от лотка диска и приклеил свой светодиод.
