Качественный усилитель звука своими руками на транзисторах

УНЧ качественного звука на 9 транзисторах

Качественный звук на 9 транзисторах

Доводим усилитель до совершенства и повышаем неискажённую мощность до 400 Ватт.

При выборе схемы УНЧ для повторения радиолюбители обычно обращают внимание на совокупность многих факторов, например сложность самой схемы, сложность её повторения, сложность (или простота) настройки, доступность требуемых деталей, надёжность, мощность, качество самого усилителя, ну и конечно качество его звучания.

А качество звука зависит как известно (хоть и не напрямую) от совокупных нелинейных искажений (THD). Как правило, звук тем лучше, чем меньше процент THD от уровня сигнала. Не в последнюю очередь смотрят и на уровень шума, т.к. мало приятного когда в паузе фонограммы из колонок доносится громкое шипение.

Но не меньшее значение имеет и то, на что обычно мало кто обращает внимание : на «распределение» искажений по всей полосе частот и на перегрузочную способность усилителя.

Усилитель у которого уровень искажений на 1 кГц и на 20 кГц отличается в разы ( или десятки раз, а бывает – и в сотни раз) конечно же будет звучать похуже, чем усилитель у которого уровень искажений примерно одинаков во всём звуковом диапазоне. Важна не только «ровная» амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя и полоса пропускания, а также «ровное» распределение нелинейных искажений по всей этой полосе, ну или хотя бы в пределах звукового диапазона.

Другой важный аспект – перегрузочная способность. Совсем недаром считается, что «если хочешь слушать 20 Ватт без искажений –покупай 100 Ваттный усилитель». Например, при средней мощности прослушивания 20 Вт какой-нибудь особо «динамичной» музыки некоторые всплески (особенно по НЧ) могут достигать 100 Вт. Именно для того, чтобы питание не «проседало» в эти моменты и УНЧ справлялся с нагрузкой и служат конденсаторы блока питания. И чем их ёмкость больше ( в разумных пределах) – тем лучше. Но это только при условии, что и сам усилитель справится с такой перегрузкой. В противном случае в эти моменты вы будете отчётливо слышать характерные искажения сигнала (звука).

Когда-то давно во времена СССР ко мне в руки попал усилитель японского производства. Попытки реанимировать 1 канал не увенчались успехом из-за невозможности в то время найти мощные полевики. Пришлось полностью менять выходной усилитель. Собрал популярную по тем временам схему Агеева на биполярных транзисторах, звук которой в то время меня радовал. К моему удивлению звук собранного мною канала был заметно «мертвее» звука родного, оставшегося в живых канала.

Это меня заинтересовало, и я перерисовал японскую схему себе. Тем более, что она была совсем не сложная. С тех пор прошло много лет и сейчас я уже встречал в интернете немного переделанные под современные детали варианты этой схемы.

Руководствуясь ими, а также оригиналом и желанием упростить всё, что не влияет на качество, добавить то, что (по моему мнению) на качество влияет, а также максимально удешевить изготовление усилителя я и пришёл к данной схеме.

Невероятно простая схема усилителя, качество БОМБА !

Из оригинала были выброшены источники напряжения для питания дифкаскадов и заменены источником тока, добавлены пару конденсаторов, цепочка защиты выходных транзисторов, резистор установки тока покоя и согласующая катушка индуктивности на выходе. Также заменён диод термостабилизации на транзистор (включённый в режиме диода), т.к. его гораздо удобнее крепить к радиатору.

А в процессе экспериментов были наиболее удачно (на мой взгляд) изменены номиналы резисторов, и вид используемых маломощных транзисторов, которые собственно и вносят основную часть искажений.

Результаты получились такие:

— входное напряжение – 1 V.
— полоса частот по уровню 0,5 dB — 20 Гц – 50 кГц
— мощность номинальная –100 Вт (на 4 Ом) при THD 0,003%, что позволяет «раскачать» любую акустику
— уровень шума — не выше – 90 dB
— THD – 0,003% во всей полосе звуковых частот от 20 Гц до 20 кГц
— только выше 25 кГц искажения начинают заметно расти, но и на 25 кГц (где уже ничего не слышно) достигают всего 0,008%, что вполне приемлемо
— максимальная кратковременная мощность неискажённого сигнала около 400 Ватт при искажениях всего 0,007% (на нагрузке 4 Ом), что конечно позволяет без особых искажений воспроизводить любые «пики» и «всплески» музыкального сигнала.
— усилитель рассчитан на нагрузку 6 Ом, но вполне нормально работает на 4-х или 8-и Омной нагрузке.

Питается усилитель от обычного выпрямителя. Ёмкость электролитических конденсаторов выпрямителя должна быть не менее 10000…..12000 мкФ в каждом плече. Электролитические конденсаторы должны быть зашунтированы плёночными по 100…150 нФ. Желательно чтобы каждый канал УНЧ питался от своего выпрямителя. А ещё лучше (но не обязательно) каждый из этих выпрямителей запитать от своей обмотки трансформатора. Трансформатор стереоусилителя должен быть достаточной мощности (желательно 350….400 Вт ).

Вторичные обмотки трансформатора должны быть с выводом от средней точки и выдерживать ток не менее 5 Ампер. (Это обязательно ).

И не забудьте поставить 5-и Амперные предохранители по + и – питания на каждый канал усилителя.

Рис.1. Схема усилителя.

ВНИМАНИЕ! Маломощные транзисторы BC546 и BC 556 указанные на схеме должны обязательно быть с литерами “С” в конце, т.е. должны быть BC546C и BC556C. Так как только они имеют коэффициент усиления по току 500……800. (В схеме ошибочно указаны транзисторы с литерой “B” в конце).

Для улучшения воспроизведения «пиков» музыкального сигнала двухполярное питание выбрано довольно высоким +-65 V .

Это почти максимально возможная величина для применяемых маломощных транзисторов. А использовать более высоковольтные ( и тоже “бюджетные” ) транзисторы типа, например, 2n5401 и 2n5551 считаю нецелесообразно, т.к. их коэффициент усиления по току в разы ниже, что неминуемо приводит к небольшому росту THD.

Стабилитроны D6 и D7 – на 15 Вольт.

Цепочка D2, D5, D6, D7 –служит для защиты выходных транзисторов.
Конденсатор C4 – на напряжение 25 V, а C9 и C10 – на 80 V.

Транзистор BD139 крепится на радиатор вблизи от выходных транзисторов для термостабилизации.

Все транзисторы крепятся на радиатор через изолирующие прокладки.

Радиаторы должны быть 600 — 800 кв.см. на канал. Если больше – лучше.

Резисторы R1, R2, R3, R5 и все резисторы номиналом по 100 Ом – мощностью по 0,5 Вт, R14 – 2 Вт, R17 –1 Вт, а истоковые R15 и R16 – по 5 Вт, остальные — по 0,25 Вт.
Цепочка R14, C6 защищает УНЧ от возбуждения на высоких частотах. При необходимости можно увеличить ёмкость C6 до 220 нФ. Но у меня уже долго и без проблем работает этот УНЧ с указанными в схеме номиналами. (с транзисторами BC546C и BC556C )

Все транзисторы широко распространённые и совсем не дорогие, включая выходную пару IRFP140 и IRFP9140. Но для достижения низких искажений надо подобрать их в пары по одинаковому коэффициенту усиления. Имеются в виду пары транзисторов в дифкаскадах Q7 и Q9, а также Q2 и Q3.

Для подбора я пользовался обычным китайским тестером со входом для проверки транзисторов. Это дело нескольких минут, зато даёт ощутимый результат.

На Рис.2 и Рис.3 представлены результаты измерений THD на частотах 20 кГц и 25 кГц соответственно.

Рис.2. THD на 20 кГц.

Рис.3. THD на 25 кГц.

А на Рис.4 и Рис.5 представлены соответственно результат измерения шумов и результат измерения кратковременной неискажённой мощности на “пике” сигнала.

Рис.4. Шум – 90 dB.

Рис.5. 400 Ватт неискажённого синуса на «пиках” сигнала.

Как видно размах сигнала (полуволна) имеет амплитуду почти 56 Вольт. Делим на 1,41 и узнаём действующее значение напряжения на нагрузке. Получается 39,7 Вольт. Делим на R нагрузки (4 Ом) и получаем ток чуть более 9,9 Ампер, а это 394 Ватт в импульсе. При этом THD как видите всего 0,007%. Неплохой результат.

Конечно, эти цифры говорят не о том, что возросла до 400 Ватт номинальная мощность (да и сами выходные транзисторы этого бы не выдержали),а лишь о том, что усилитель способен без искажений работать с перегрузкой. А номинальная мощность остаётся прежней – 100 Вт (на 4 Ом).

Но её можно легко увеличить вдвое или втрое. Для этого надо лишь дублировать выходной каскад. (Добавляется ещё одна ( или ещё 2 ) пара выходных транзисторов со своими резисторами в стоках и затворах. Подключается параллельно существующей. Больше никаких изменений делать не надо.)

Кстати, усилитель вполне работоспособен и при питании +-30…..35 Вольт с незначительным ухудшением параметров, ну и с уменьшением мощности соответственно.

Катушка L1 служит для согласования усилителя с акустикой. Она наматывается прямо на одноваттном резисторе R17 медным проводом диаметром 0,8……1 мм в 2 слоя. Первый слой содержит 8 витков провода, а второй –7. В принципе можно обойтись и без катушки, удалив её вместе с резистором, но всё зависит от вашей акустики.

Соединительные провода от выпрямителя до УНЧ используйте по возможности короче и не используйте для этого тонкие провода.

Если вдруг (что маловероятно, но всё же) вы использовали в качестве истоковых пятиваттные керамические резисторы, и ваш усилитель “ловит” самовозбуждение, просто замените керамические резисторы на угольные (поставьте, например, параллельно 5 штук одноваттных МЛТ номиналом по одному Ом). Хотя такое встречается крайне редко.

Хотя усилитель “держит” на выходе почти идеальный ноль (+- 10…15 mV), все же рекомендую на всякий случай во избежание неприятностей подключать акустику через устройство защиты.

При первом включении и настройке настоятельно рекомендую включить последовательно с первичной обмоткой сетевого трансформатора лампу накаливания мощностью 150…200 Вт (если ваш трансформатор 400 Ваттный) или 100 Ватт (если он 200 Ваттный). Это сбережёт множество деталей при ошибке монтажа. Если спираль едва накалена — всё в порядке, ну а если лампа светит сильно – есть проблемы.

Настройка : перед подачей питания надо вывести R22 в положение нулевого сопротивления, затем подать питание и с помощью этого резистора установить ток покоя примерно 170 mA. Удобнее и надёжнее в этих целях использовать многооборотные резисторы.

Звучит этот усилитель весьма достойно, гораздо лучше многих современных промышленных образцов и ширпотреба.

Так как схема предельно проста, печатную плату для окончательного варианта я не делал, собрал на макетке.

На Рис.6 представлено фото первоначального макета в стерео варианте, ещё без доработок, а на Рис.7 – полный сигнал амплитудой 30 Вольт на нагрузке 4 Ом (частота 1 кГц) — это больше 110 Ватт (почти 5,5 Ампер). Нихромовая 4-х Омная спираль нагрузки при этом красная.

Рис.6. Первоначальный макет. С этого всё началось.

Рис.7. Полный сигнал.

Применяемые маломощные транзисторы BC546C и BC556C имеют предельное напряжение коллектор-эмитер 80 V. И хотя в данной схеме на любом из них не более 65. 68 V, эти транзисторы ( из одной партии купленой на Aliexpress ) у меня сгорели. Подозреваю, что это была подделка. Купленые на радиорынке работают до сих пор. Будьте внимательны.

P.S. В крайнем случае немного уменьшайте напряжение питания.

Описание схемы

Напряжение питания схемы – ±35 — 45 В. Его можно снизить на 10 В (соответственно, с потерей мощности). Можно увеличить, но мощность при этом не возрастёт, только будет сильнее греться.

Емкости конденсаторов выпрямителя по 10000 мкФ в каждое плечо на канал вполне достаточно.

Их желательно зашунтировать плёночными конденсаторами по 0.1 — 0.15 мкФ.

У меня по 10000 мкФ в плечо на оба канала. Можно разместить прямо на плате вблизи от транзисторов добавочные ёмкости по 2000 — 4000 мкФ на плечо. Но можно вообще на плате ничего не ставить, если провода от выпрямителя не тонкие и не длинные.

Поскольку выходной каскад сделан по схеме с общим стоком и напряжение не усиливает, для достижения декларируемой мощности пришлось применить вольтодобавку в питании операционного усилителя и поставить стабилитроны с максимально возможными для него напряжениями ±18 В.

Все резисторы, кроме истоковых, – по 0.25 — 0.5 Вт (кому как нравится). Истоковые резисторы R7 и R8 5-ваттные по 0.1 Ом (можно 0.2 Ом), а R13 – 2-ваттный. Подстроечный резистор регулировки тока покоя R15 (1 — 2 кОм) желательно выбрать многооборотным.

Номинальное напряжение конденсаторов C1, C3 и C10 – 25 В.

Цепочка D7 — D10 служит для защиты транзисторов.

Выходные транзисторы недорогие – IRFP140 и IRFP9140; менять их на дорогие, специально разработанные для аудио, не вижу смысла, так как на слух даже на хорошей дорогой акустике разницы нет, а на средней бытовой – и подавно. Но если всё же захотите ставить на выход «аудиофильские латералы» 2SK1058 и 2SJ162 (или 2SK1530 и 2SJ201), или что ещё, то цепочка защиты будет не нужна, поскольку она уже встроена в дорогих японцев.

Операционный усилитель я применил неплохой (LM4562), но можно ставить и более дешёвые; например, я пробовал NE5532. Разницы на слух не обнаружено.

Цепочка Цобеля R13 и C6 служит для предотвращения самовозбуждения на ВЧ. Её ставить желательно, но не обязательно, если самовозбуждения нет. А если вдруг усилитель всё же будет самовозбуждаться или вести себя неустойчиво (чего у меня никогда не было, но многое, как известно, зависит от монтажа), то советовал бы для начала заменить истоковые проволочные керамические резисторы R7 и R8 на угольные (например, соединить параллельно 5 одноваттных резисторов МЛТ номиналом по 1 Ом (или по 0.5 Ом). В усилителях с выходным каскадом на полевых транзисторах это часто дает положительный эффект.

Стабилитроны D3 и D4 для нормальной термостабилизации можно укрепить на радиаторе вблизи от транзисторов. (Обратите внимание: отрицательный ТКН имеют только приборы с низким напряжением стабилизации). Для этого удобен теплопроводящий клей, но можно воспользоваться и скобой.

Настройка

Перед включением вывести подстроечный резистор R15 в положение минимального сопротивления. Подать питание и выставить ток покоя примерно 150 мА.

Ток покоя удобно измерять по падению напряжения на 5-ваттном резисторе: на резисторе 0.1 Ом при токе 150 мА должно быть 15 мВ (соответственно, на резисторе 0.2 Ом – 30 мВ).

При использовании на выходе транзисторов 2SK1058 и 2SJ162 и им подобных ток покоя должен быть 210 — 230 мА.

Измерение шума.
Рисунок 6.Измерение шума.

Результаты измерений шума и искажений приведены на Рисунках 6 и 7, соответственно.

Измерение нелинейных искажений.
Рисунок 7.Измерение нелинейных искажений.

Звук вас порадует.
Всё. Приятного прослушивания!

Простой транзисторный усилитель OSIRIS

Shem

Усилитель состоит из двух каскадов и структурно представляет собой схему Линна 1956года.

Входной каскад является каскадом усиления напряжения, он выполнен на транзисторах VT3, VT4 по каскодной схеме, что позволяет увеличить полосу усиления данного каскада. Нагрузкой для усилителя напряжения выступает источник тока на транзисторе VT1 и выходной каскад усилителя. Благодаря работе на источник тока усиление входного каскада до первого полюса составляет 92 дБ, что является хорошим результатом и позволяет ввести обратную связь достаточной глубины.

Выходной каскад представляет собой классическую тройку повторителей выполненную на транзисторах VT5. VT10, именно применение тройки, что нетипично для простых усилителей, позволяет использовать весь потенциал усилителя напряжения и максимально сохранить его усиление.

Узел смещения выходного каскада представляет собой умножитель напряжение б-э, и выполнен на транзисторе VT2, он формирует смещение для транзисторов VT7. VT10 и находится с ними на одном радиаторе. Последовательно с ним установлены диоды VD1, VD2 для смещения транзисторов VT5, VT6, что позволяет избежать перекомпенсации в следствии того, что данные транзисторы не имеют контакта с радиатором.

Обратная связь. Усилитель содержит две петли обратной связи, это позволяет охватить обратной связью выходной конденсатор, таким образом исправляя искажения возникающие в нем. Первая ветка обратной связи сформирована делителем R10, R16, R19. В качестве R19 установлен переменный резистор, для настройки режима усилителя по постоянному току. Вторая ветка ОС определяет усиление и сформирована делителем R1, R2, R17.

Коррекция усилителя по ВЧ выполнена двумя конденсаторами, конденсатор С5 представляет собой коррекцию на запаздывание и конденсатор С10 представляет собою коррекцию на опережение.

Технические характеристики

Характеристики будут указаны на основании компьютерного моделирования схемы.

  • Напряжение питания: 16 В. 56 В;
  • Чувствительность: 1 В (RMS);
  • Входное сопротивление: 2 кОм;
  • Полоса пропускания -3 db: 10 Гц — 300 кГц;
  • Выходная мощность: 60(30)Вт (При напряжении питания 50 В, на 4 Ом (8 Ом));
  • Скорость нарастания выходного сигнала: 25 В/мкС;
  • Глубина обратной связи: 64 дБ/1 кГц, 48 дБ/20 кГц;
  • Диапазон допустимой нагрузки усилителя: 2 Ом. 8 Ом (2 Ом при питании не более 40 В).

Коэффициент нелинейных искажений (60 Вт 4 Ом):

  • На частоте 1 кГц: 0.002%;
  • На частоте 10 кГц: 0.01%.

Коэффициент нелинейных искажений (30 Вт 8 Ом):

  • На частоте 1 кГц: 0.001%;
  • На частоте 20 кГц: 0.008%.

Частотные характеристики

ЛАЧХ и ЛФЧХ в петле обратной связи:

lach

На данном графике можно увидеть частоту единичного усиления (3.5 МГц), запас устойчивости по фазе(78°) и глубину ООС (48 дБ) на краю звукового диапазона.

ЛАЧХ замкнутого усилителя:

lachz

На данном графике можно увидеть ровную ЛАЧХ на всем звуковом диапазоне, а так же отсутствие каких либо выбросов или всплесков.

Осциллограммы

Была снята реакция на меандр 1 кГц, 20 кГц (с ФНЧ на входе), синусоида 1 кГц и ограничение синусоиды в клипе.

Меандр, частота 1 кГц:

mea1

Меандр, частота 20 кГц:

mea20

Синусоида, частота 1 кГц:

sin1

Синусоида, клип (питание 45 В):

sinclip

Компоненты

Перед запайкой элементов необходимо проверить каждый элемент на работоспособность и соответствие номиналу.

Резисторы

Резисторы R20, R21 необходимо применить металлопленочные мощностью 2 Вт;

rez

Резисторы R4, R19 подстроечные типа 3296;

pot

Резистор R22 необходим мощностью 0.5-1 Вт, на печатной плате установлен резистор 10 Ом типоразмера 2010;

Остальные резисторы 0.25 Вт, на плате применены резисторы типоразмера 1206.

smdres

Конденсаторы

Конденсаторы С2, С4, С8, C9, С15, С16 электролитические полярные, использовать на указанное в схеме напряжение или выше;

samwh

Остальные конденсаторы применены керамические типоразмера 1206. В случае отсутствия номинала допустимо спаривание нескольких элементов последовательно или параллельно для получения нужной ёмкости.

cap1

Диоды и светодиоды

Диод VD1, VD2 типа LL4148 или аналогичный;

diod

Диод VD3 типа 1N4007 или аналогичный;

4007

Светодиоды LD1, LD2 обычные красные на напряжение 1.7-2 В, на плате применены SMD типоразмера 1206.

led

Транзисторы

Транзисторы VT1, VT3. VT6 установлены 2N5551 (MMBT5551);

Транзисторы VT2, VT7, VT8 установлены BD139/ BD140 (могут быть заменены на КТ814/ КТ815);

bd139

Транзисторы VT9, VT10 установлены BD911/ BD912 (могут быть заменены на любые 3 МГц транзисторы с Uкэ более 60 В, например: (TIP41C/ TIP42C, TIP35C/ TIP36C, MJE3055T/ MJE2955T, КТ819/ KT818 (c учетом распиновки и корпуса))

bd911

Печатная плата

Плата усилителя выполнена односторонней, для удобства домашнего изготовления. В архиве содержится готовый гербер, который можно без каких-либо изменений отправлять на завод для изготовления печатной платы. Для скачивания так же доступна версия платы под выходные транзисторы КТ818/ КТ819, так как они отличаются расположением выводов и под транзисторы TIP35C/ TIP36C в корпусе TO-247. Пользователем Андрей Сажин так же была разработана печатная плата под выводные комплектующие( без SMD ).

Габариты авторской платы составили 55 мм*49 мм. Все провода подключаются с помощью клемм, для питания и подключения АС использованы ножевые клеммы 6,3 мм, для подключения источника сигнала использована винтовая двухполюсная клемма с шагом 3.5 мм.

Вид платы в редакторе:

top

bot

Печатная плата предложенная Андреем Сажиным:

aslay

Рекомендации по сборке

В этом разделе статьи хочется дать общие рекомендации по сборке УМЗЧ, при выполнении которых усилитель запускается и работает сразу.

  • Используйте только проверенные радиокомпоненты, каждую деталь перед пайкой в плату следует проверить на работоспособность и соответствие номиналу, в независимости от того применяются новые детали или б/у. Отдельное внимание хочется обратить на конденсаторы коррекции, так как на своем корпусе они не имеют маркировки;
  • Устанавливайте компоненты номиналом согласно схемы, самопроизвольная замена номиналов элементов недопустима;
  • Не рекомендуется применять проволочные резисторы;
  • Рабочие напряжения конденсаторов могут быть выше указанных на схеме;
  • Допускается применение тех типов транзисторов, что указаны на схеме или возможные замены указанные в перечне элементов;
  • Перед установкой транзисторов необходимо убедиться в их работоспособности и соответствии их параметров документации;
  • Транзисторы VT2, VT7 — VT10 должны быть установлены на один теплоотвод через теплопроводящие изоляторы, после закрепления их на радиатор следует убедиться в отсутствии контакта между радиатором и коллектором каждого из этих транзисторов;
  • Рекомендуемая площадь радиатора для выходных транзисторов не менее 500 см^2 при пассивном охлаждении;
  • При установке подстроечного резистора R4 в плату (типа 3296W), его сопротивление должно быть максимально.

Фото собранного устройства

pho

photo

Первый запуск и настройка усилителя

После запайки всех компонентов на печатную плату необходимо смыть остатки флюса и внимательно осмотреть печатную плату проверив отсутствие замыкания случайно оставшейся каплей припоя. Проверить все ли компоненты установлены верно (направления диодов, полярность конденсаторов, тип транзисторов (пнп/нпн)) и их ориентация в пространстве. Если все в порядке, можно подключать блок питания, первый запуск следует проводить включив лампу накаливания последовательно первичной обмотке трансформатора. При включении лампа должна кратковременно загореться и потухнуть.

Далее необходимо настроить постоянное напряжение в точке «А» (+ контакт С16) с помощью подстроечного резистора R19 оно должно составлять половину питающего напряжения, для точной настройки при наличии осциллографа резистор R19 настраивается для симметричного ограничения сигнала в клипе. После можно приступить к настройке тока покоя. Замкнув вход усилителя необходимо подстроечным резистором R4 добиться падения напряжения между эмиттерами VT9, VT10 в диапазоне от 10мВ, до 20мВ, что будет соответствовать току покоя от 50мА до 100мА.

Далее можно подключить АС и подать сигнал на вход усилителя, если все предыдущие пункты не вызвали проблем усилитель будет работать, теперь можно убрать лампу из первичной обмотки трансформатора и наслаждаться прослушиванием.

P.S. Внизу прикреплен гербер файл для изготовления плат на производстве, а так же .lay файл для самостоятельного изготовления печатной платы.
Хочу поблагодарить за предоставленные фото и осциллограммы пользователя Vadim Krohin, за представленную печатную плату под выводные компоненты хочу поблагодарить пользователя Andrey Sazhin.
С уважением, Алексей Рослик (Alex Ground).

Схема

Схема состоит из 6-ти транзисторов и может развивать мощность до 3-х ватт при питании напряжением 12 вольт. Этой мощности хватит для озвучивания небольшой комнаты или рабочего места. Транзисторы Т5 и Т6 на схеме образуют выходной каскад, на их место можно поставить широко распространённые отечественные аналоги КТ814 и КТ815. Конденсатор С4, который подключается к коллекторам выходных транзисторов, отделяет постоянную составляющую сигнала на выходе, именно поэтому данный усилитель можно использовать без платы защиты акустических систем. Даже если усилитель в процессе работы выйдет из строя и на выходе появится постоянное напряжение, оно не пройдёт дальше этого конденсатора и динамики акустической системы останутся целы. Разделительный конденсатор С1 на входе лучше применить плёночный, но если такого нет под рукой, подойдёт и керамический. Аналогом диодов D1 и D2 в данной схеме являются 1N4007 или отечественные КД522. Динамик можно использовать сопротивлением 4-16 Ом, чем ниже его сопротивление, тем большую мощность будет развивать схема.

usilitel-zvuka-na-tranzistorah.zip [49.58 Kb] (cкачиваний: 1830)

Усилитель звука на транзисторах

Сборка усилителя

Собирается схема на печатной плате размерами 50х40 мм, рисунок в формате Sprint-Layout к статье прилагается. Приведённую печатную плату при печати необходимо отзеркалить. После травления и удаления тонера с платы сверлятся отверстия, лучше всего использовать сверло 0,8 — 1 мм, а для отверстий под выходные транзисторы и клеммник 1,2 мм.

Усилитель звука на транзисторах

После сверления отверстий желательно залудить все дорожки, тем самым уменьшить их сопротивление и защитить медь от окисления. Затем впаиваются мелкие детали – резисторы, диоды, после чего выходные транзисторы, клеммник, конденсаторы. Согласно схеме, коллекторы выходных транзисторов должны соединяться, на данной плате это соединение происходит путём замыкания «спинок» транзисторов проволокой или радиатором, если он используется. Радиатор требуется ставить в том случае, если схема нагружена на динамик сопротивлением 4 Ома, или если на вход подаётся сигнал большой громкости. В остальных же случаях выходные транзисторы почти не нагреваются и не требуют дополнительного охлаждения.

Усилитель звука на транзисторах

Усилитель звука на транзисторах

После сборки обязательно нужно смыть остатки флюса с дорожек, проверить плату на наличие ошибок сборки или замыканий между соседними дорожками.

Двухканальный усилитель 2*100вт своими руками .

Всем привет.
Современный рынок caraudio все больше и больше наполняется разнообразными усилителями D-класса. Их преимущества конечно огромны, но многие относятся к таким усилителями с опаской, особенно, когда дело касается озвучивания самого важного диапазона частот — СЧ и ВЧ. В этот раз я хочу рассказать о самостоятельной постройке усилителя класса B, от проектирования до сборки корпуса.

В одной из групп ВК, однажды проводился тест по отслушке самодельных усилителей. Один и тот же трек был пропущен через разные экземпляры и записан в файлы, прослушав которые, можно было сравнить из между собой. Первое место (вы не поверите) заняла микросхема TDA2050, она действительно звучит хорошо, это отмечали многие. Второе почетное место досталось усилителю Дорофеева (журнал Радио, 1992г), именно по-этому за основу я взял эту схему, но чуть доработав её.

Сначала с помощью симулятора электронных схем, всячески крутил схему, пробовал различные варианты, пытаясь добиться стабильности работы и уменьшения искажений сигнала, также добавил предусилитель, защиту от короткого замыкания и перегрузки. Далее развел компактную печатную плату, и собрал первый тестовый образец усилителя.

В железе схема заработала безупречно, небольшая наладка с помощью осциллографа помогла улучшить характеристики, тест на короткое замыкание выхода усилитель также прошёл на ура. Особенностью класса B является то, что в усилителе нет тока покоя, а это значит что в режиме ожидания и на малых громкостях его можно слушать вообще без применения радиаторов.

Применено токовое управление выходными транзисторами и в совокупности с быстродействующим операционным усилителем позволило добиться хороших характеристик, не смотря на свою простоту.

Ну хватит уже теории, переходим к практике:

Приклеиваем на лист бумаги А4 отрезок подложки от самоклеящейся плёнки и вставляем в принтер. В программе Sprint Layot распечатываем рисунок печатной платы, зеркалить не нужно!

Далее накладываем рисунок на текстолит, разглаживаем горячим утюгом,

Поврежденные участки легко восстановить обычным перманентным маркером.

Далее нам нужно вытравить незащищённые участки меди, для этого подходит раствор хлорного железа, но его сложно найти и при попадании на какую-либо поверхность оставляет коричневые следы. Можно применить более дешёвый и доступный раствор: 100мл 3% раствор перекиси водорода, 30г лимонной кислоты, 10г соли, для ускорения процесса раствор нужно подогреть.

Достаем плату и отмываем от остатков тонера ацетоном,

Первым делом припаиваем мелкие детали — резисторы и конденсаторы, затем остальные элементы.

Трансформатор рассчитываем в программе Exellent IT. Для моего кольца понадобилось 5+5 витков первички и 15+15 15+15 витков вторичной обмотки. При таких данных напряжение на выходе при 12в питании будет 12/5*15=36в, при 14.4в будет 14.4/5*15= 43в соответственно. Толщину и количество жил обмоточого провода берём из расчёта 5-8 А/мм². Первичку я мотал 4 жилами, вторички 1 жилой.
Трансформатор мотается очень просто, главное соблюдать симметрию и фазировку обмоток.
Сначала я мотал 5 витков первички, затем рядом в том же направлении ещё 5 витков. Далее слой изоляции, потом брал 4 жилы и мотал 15 витков располагая витки равномерно по всей длине кольца, вызвонил концы вторички и сфазировал их так, чтобы получить двухполярное напряжение.

Преобразователь напряжения построен на микросхеме SG3525, ключи IRF3205, на этой простой связке можно получить до 300-400 ватт мощности с одной парой ключей и до 800 ватт с 2 парами полевиков.

Из Китая заказал силовые транзисторы, потому что сейчас в России огромный шанс нарваться на подделку.

Плата готова, теперь нужно изготовить корпус . Из 2 мм листа алюминия сделана вот такая нехитрая конструкция.

По 3 уголка с каждой стороны и нижняя крышка образуют толстую 8-ми миллиметровую площадку для хорошего отвода тепла от силовых транзисторов.

Никаких фильтров и прочих бассбустов, звуковой тракт настолько короткий, что усилитель не вносит отсебятины в поступающий сигнал. Настаёт эра процессоров и цифровой обработки звука, тем более цены на процессорные ГУ начинаются от 4500р.

Далее подключил толстыми проводами к аккумулятору, замерил искажения на 4 ваттном резисторе

Защита от постоянки реализована на оптопаре, которая отключает преобразователь напряжения.

Теперь самое интересное — звук. Хоть и говорят, что каждый кулик хвалит свое болото, но постараюсь описать как есть. В машине у меня к сожалению не к чему подключать усилитель, поэтому прослушивание проводил в теплом помещении на трехполосных АС с пассивными фильтрами. Сразу хочется отметить басовый потенциал усилителя, низкие частоты для него совершенно не проблема. По моим замерам коэффициент демпфирования усилителя вышел более 500, это очень много. Что еще сказать, звук показался кристально чистым, и не навязчивым (я не аудиофил).

Вы, наверное, подумаете, что у меня нет денег на хорошие компоненты, деньги есть, но мне нравиться заниматься этим, нужно постоянно занимать чем то руки и мозг, иначе депрессия начинается, аххах.
Добавил небольшой фрагмент работы тестовой платы:

Всем хороших выходных, думаю было интересно. Кому нужны схемы, файл печатной платы и прочее, могу отправить на почту, , , сюда они просто не поместились.

Устал отправлять каждому схемы, вот тут можно скачать все:
Печатка+схемы.

Выход усилителя

На выход к усилителю можно подключить как другой усилитель, который усилит сигнал еще больше, так и динамическую головку.
Динамическая головка — это обычный динамик. Он воспроизведёт звук с выхода транзистора VT1.

Однако и тут есть много нюансов.

Самое важное касается согласование сопротивления нагрузки и сопротивления усилителя.

Если сопротивление выхода транзистора намного больше, чем у динамической головки, то он не сможет передать всю мощность. Как минимум большая часть напряжения останется на его контактах.

Для данной схемы нужен динамик с сопротивлением около 1 кОм.

Если поставить меньше, например, на 4 Ома, то и половина мощности не воспроизведется, а коллектор VT1 начнет еще сильнее нагреваться.

Согласование сопротивлений входа, выхода и нагрузки усилителя рассчитывается на этапе проектирования схемы. Поэтому не следует их нарушать.

Как протекает ток по схеме

В начальный момент времени, при подключении питания, электролитический конденсатор С3 заряжается, и начинят питать коллектор и эмиттер транзистора VT1. А также ток проходит через делитель напряжения.

Делитель напряжения R1, R2 смещает базу VT1. Начинает течь ток смещения база-эмиттер (Б-Э), тем самым устанавливается рабочая точка УНЧ.

Когда входной сигнал поступает на клемму Х1, он проходит С1 и через делитель поступает на базу VT1 и частично уходит через эмиттер.

Входной сигнал притягивается коллектором VT1 и тем самым усиливается.

Та часть переменного сигнала, которая перешла на эмиттер транзистора, усиливается эмиттерными током. Он свободно проходит через С2, который в паре с R3 стабилизирует режим работы усилителя от перегрева и искажений.

В итоге входной сигнал усиленный коллекторно-эмиттерным (К-Э) током VT1 поступает на выход, то есть на динамическую головку BF1.

Двухканальный усилитель 2*100вт своими руками .

Всем привет.
Современный рынок caraudio все больше и больше наполняется разнообразными усилителями D-класса. Их преимущества конечно огромны, но многие относятся к таким усилителями с опаской, особенно, когда дело касается озвучивания самого важного диапазона частот — СЧ и ВЧ. В этот раз я хочу рассказать о самостоятельной постройке усилителя класса B, от проектирования до сборки корпуса.

В одной из групп ВК, однажды проводился тест по отслушке самодельных усилителей. Один и тот же трек был пропущен через разные экземпляры и записан в файлы, прослушав которые, можно было сравнить из между собой. Первое место (вы не поверите) заняла микросхема TDA2050, она действительно звучит хорошо, это отмечали многие. Второе почетное место досталось усилителю Дорофеева (журнал Радио, 1992г), именно по-этому за основу я взял эту схему, но чуть доработав её.

Сначала с помощью симулятора электронных схем, всячески крутил схему, пробовал различные варианты, пытаясь добиться стабильности работы и уменьшения искажений сигнала, также добавил предусилитель, защиту от короткого замыкания и перегрузки. Далее развел компактную печатную плату, и собрал первый тестовый образец усилителя.

В железе схема заработала безупречно, небольшая наладка с помощью осциллографа помогла улучшить характеристики, тест на короткое замыкание выхода усилитель также прошёл на ура. Особенностью класса B является то, что в усилителе нет тока покоя, а это значит что в режиме ожидания и на малых громкостях его можно слушать вообще без применения радиаторов.

Применено токовое управление выходными транзисторами и в совокупности с быстродействующим операционным усилителем позволило добиться хороших характеристик, не смотря на свою простоту.

Ну хватит уже теории, переходим к практике:

Приклеиваем на лист бумаги А4 отрезок подложки от самоклеящейся плёнки и вставляем в принтер. В программе Sprint Layot распечатываем рисунок печатной платы, зеркалить не нужно!

Далее накладываем рисунок на текстолит, разглаживаем горячим утюгом,

Поврежденные участки легко восстановить обычным перманентным маркером.

Далее нам нужно вытравить незащищённые участки меди, для этого подходит раствор хлорного железа, но его сложно найти и при попадании на какую-либо поверхность оставляет коричневые следы. Можно применить более дешёвый и доступный раствор: 100мл 3% раствор перекиси водорода, 30г лимонной кислоты, 10г соли, для ускорения процесса раствор нужно подогреть.

Достаем плату и отмываем от остатков тонера ацетоном,

Первым делом припаиваем мелкие детали — резисторы и конденсаторы, затем остальные элементы.

Трансформатор рассчитываем в программе Exellent IT. Для моего кольца понадобилось 5+5 витков первички и 15+15 15+15 витков вторичной обмотки. При таких данных напряжение на выходе при 12в питании будет 12/5*15=36в, при 14.4в будет 14.4/5*15= 43в соответственно. Толщину и количество жил обмоточого провода берём из расчёта 5-8 А/мм². Первичку я мотал 4 жилами, вторички 1 жилой.
Трансформатор мотается очень просто, главное соблюдать симметрию и фазировку обмоток.
Сначала я мотал 5 витков первички, затем рядом в том же направлении ещё 5 витков. Далее слой изоляции, потом брал 4 жилы и мотал 15 витков располагая витки равномерно по всей длине кольца, вызвонил концы вторички и сфазировал их так, чтобы получить двухполярное напряжение.

Преобразователь напряжения построен на микросхеме SG3525, ключи IRF3205, на этой простой связке можно получить до 300-400 ватт мощности с одной парой ключей и до 800 ватт с 2 парами полевиков.

Из Китая заказал силовые транзисторы, потому что сейчас в России огромный шанс нарваться на подделку.

Плата готова, теперь нужно изготовить корпус . Из 2 мм листа алюминия сделана вот такая нехитрая конструкция.

По 3 уголка с каждой стороны и нижняя крышка образуют толстую 8-ми миллиметровую площадку для хорошего отвода тепла от силовых транзисторов.

Никаких фильтров и прочих бассбустов, звуковой тракт настолько короткий, что усилитель не вносит отсебятины в поступающий сигнал. Настаёт эра процессоров и цифровой обработки звука, тем более цены на процессорные ГУ начинаются от 4500р.

Далее подключил толстыми проводами к аккумулятору, замерил искажения на 4 ваттном резисторе

Защита от постоянки реализована на оптопаре, которая отключает преобразователь напряжения.

Теперь самое интересное — звук. Хоть и говорят, что каждый кулик хвалит свое болото, но постараюсь описать как есть. В машине у меня к сожалению не к чему подключать усилитель, поэтому прослушивание проводил в теплом помещении на трехполосных АС с пассивными фильтрами. Сразу хочется отметить басовый потенциал усилителя, низкие частоты для него совершенно не проблема. По моим замерам коэффициент демпфирования усилителя вышел более 500, это очень много. Что еще сказать, звук показался кристально чистым, и не навязчивым (я не аудиофил).

Вы, наверное, подумаете, что у меня нет денег на хорошие компоненты, деньги есть, но мне нравиться заниматься этим, нужно постоянно занимать чем то руки и мозг, иначе депрессия начинается, аххах.
Добавил небольшой фрагмент работы тестовой платы:

Всем хороших выходных, думаю было интересно. Кому нужны схемы, файл печатной платы и прочее, могу отправить на почту, , , сюда они просто не поместились.

Устал отправлять каждому схемы, вот тут можно скачать все:
Печатка+схемы.

УНЧ НА СОСТАВНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Предлагаемая транзисторная схема усилителя звука мощностью 100 Вт, на выходе использует силовые транзисторы Дарлингтона TIP147 – TIP142. УНЧ отлично подходит для активной акустической системы или сабвуфера, гитарного усилителя, систем домашнего кинотеатра, концертного УМЗЧ.

  • Музыкальная мощность: 200 Вт с динамиком 4 Ом
  • Мощность: 100 Вт (среднеквадр.) с динамиком 4 Ом
  • Мощность: 70 Вт (среднеквадр.) с динамиком 8 Ом
  • Искажения: 0,01% при 1 кГц / 10 Вт
  • Коэффициент демпфирования: > 800
  • Частотный диапазон: 3 Гц – 200 кГц (-3 дБ)
  • Чувствительность: 0,6 В
  • Соотношение сигнал / шум: 115 дБ
  • Защита от перегрузки и короткого замыкания
  • Термостабилизация

Питание усилителя симметричное, максимум 2х 40 В постоянного тока. Напряжение трансформатора 2х 25V до 2х 30V, мощность 120 – 150W для одноканальной моно версии, рекомендуется трансформатор 250 – 300W для двухканальной стереосистемы. В блоке питания можно использовать 4 диода 6A10 или готовые мостовые сборки KBU10M для выпрямителя, конденсаторы фильтра должны быть не менее 4700 мкФ, лучше 6800 мкФ.

Выходные транзисторы:

  • PNP: TIP147, BDW84, BDV66
  • NPN: TIP142, BDW83, BDV67

Резисторы 0,47 Ом 5 Вт, подключенные к эмиттерам выходных транзисторов, можно подключить 2х 1 Ом параллельно резисторы 2 Вт. Не забывайте про вентилятор, если планируется долгая работа с предельной мощностью.

Значения hFE двух транзисторов BC640 на аудиовходе должны быть одинаковыми или близкими друг к другу. Стоит BC547 установить на общем радиаторе.

Регулировка смещения для термостабилизации будет производиться без аудиосигнала, как показано на принципиальной схеме, напряжение на резисторе 0,47 Ом будет регулироваться на уровне 10 – 15 мВ. Не поворачивайте подстроечник слишком быстро, прекратите поворачивать его, когда напряжение приблизится к требуемому значению, и подождите, пока значение не останется постоянным. Система защиты основана на классическом методе.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий