Усилитель звуковой частоты на транзисторах

Усилитель звуковой частоты на транзисторах

После освоения азов электроники, начинающий радиолюбитель готов паять свои первые электронные конструкции. Усилители мощности звуковой частоты, как правило самые повторяемые конструкции. Схем достаточно много, каждая отличается своими параметрами и конструкцией. В этой статье будут рассмотрены несколько простейших и полностью рабочих схем усилителей, которые успешно могут быть повторены любым радиолюбителем. В статье не использованы сложные термины и расчеты, все максимально упрощено, чтобы не возникло дополнительных вопросов.

Начнем с более мощной схемы.
Итак, первая схема выполнена на известной микросхеме TDA2003. Это монофонический усилитель с выходной мощностью до 7 Ватт на нагрузку 4 Ом. Хочу сказать, что стандартная схема включения этой микросхемы содержит малое количество компонентов, но пару лет назад мною была придумана иная схема на этой микросхеме. В этой схеме количество комплектующих компонентов сведено к минимуму, но усилитель не потерял свои звуковые параметры. После разработки данной схемы, все свои усилители для маломощных колонок стал делать именно на этой схеме.

Схема представленного усилителя имеет широкий диапазон воспроизводимых частот, диапазон питающих напряжений от 4,5 до 18 вольт (типовое 12-14 вольт). Микросхему устанавливают на небольшой теплоотвод, поскольку максимальная мощность достигает до 10 Ватт.

Микросхема способна работать на нагрузку 2 Ом, это значит, что к выходу усилителя можно подключать 2 головки с сопротивлением 4 Ом.
Входной конденсатор можно заменить на любой другой, с емкостью от 0,01 до 4,7 мкФ (желательно от 0,1 до 0,47 мкФ), можно использовать как пленочные, так и керамические конденсаторы. Все остальные компоненты желательно не заменять.

Регулятор громкости от 10 до 47 кОм.
Выходная мощность микросхемы позволяет применять его в маломощных АС для ПК. Очень удобно использовать микросхему для автономных колонок к мобильному телефону и т.п.
Усилитель работает сразу после включения, в дополнительной наладке не нуждается. Советуется минус питания дополнительно подключить к теплоотводу. Все электролитические конденсаторы желательно использовать на 25 Вольт.

Вторая схема собрана на маломощных транзисторах, и больше подойдет в качестве усилителя для наушников.

Это наверное самая качественная схема такого рода, звук чистый, чувствуются весь частотный спектр. С хорошими наушниками, такое ощущение, что у вас полноценный сабвуфер.

Усилитель собран всего на 3-х транзисторах обратной проводимости, как самый дешевый вариант, были использованы транзисторы серии КТ315, но их выбор достаточно широк.

Усилитель может работать на низкоомную нагрузку, вплоть до 4-х Ом, что дает возможность, использовать схему для усиления сигнала плеера, радиоприемника и т.п. В качестве источника питания использована батарейка типа крона с напряжением 9 вольт.
В окончательном каскаде тоже применены транзисторы КТ315. Для повышения выходной мощности можно применить транзисторы КТ815, но тогда придется увеличить напряжение питания до 12 вольт. В этом случае мощность усилителя будет достигать до 1 Ватт. Выходной конденсатор может иметь емкость от 220 до 2200 мкФ.
Транзисторы в этой схеме не нагреваются, следовательно, какое-либо охлаждение не нужно. При использовании более мощных выходных транзисторов, возможно, понадобятся небольшие теплоотводы для каждого транзистора.

И наконец — третья схема. Представлен не менее простой, но проверенный вариант строения усилителя. Усилитель способен работать от пониженного напряжения до 5 вольт, при таком случае выходная мощность УМ будет не более 0,5 Вт, а максимальная мощность при питании 12 вольт достигает до 2-х Ватт.

Выходной каскад усилителя построен на отечественной комплементарной паре. Регулируют усилитель подбором резистора R2. Для этого желательно использовать подстроечный регулятор на 1кОм. Медленно вращаем регулятор до тех пор, пока ток покоя выходного каскада не будет 2-5 мА.

Усилитель не обладает высокой входной чувствительностью, поэтому желательно перед входом применить предварительный усилитель.

Немало важную роль в схеме играет диод, он тут для стабилизации режима выходного каскада.
Транзисторы выходного каскада можно заменить на любую комплементарную пару соответствующих параметров, например КТ816/817. Усилитель может питать маломощные автономные колонки с сопротивлением нагрузки 6-8 Ом.

После освоения азов электроники, начинающий радиолюбитель готов паять свои первые электронные конструкции. Усилители мощности звуковой частоты, как правило самые повторяемые конструкции. Схем достаточно много, каждая отличается своими параметрами и конструкцией. В этой статье будут рассмотрены несколько простейших и полностью рабочих схем усилителей, которые успешно могут быть повторены любым радиолюбителем. В статье не использованы сложные термины и расчеты, все максимально упрощено, чтобы не возникло дополнительных вопросов.

Начнем с более мощной схемы.
Итак, первая схема выполнена на известной микросхеме TDA2003. Это монофонический усилитель с выходной мощностью до 7 Ватт на нагрузку 4 Ом. Хочу сказать, что стандартная схема включения этой микросхемы содержит малое количество компонентов, но пару лет назад мною была придумана иная схема на этой микросхеме. В этой схеме количество комплектующих компонентов сведено к минимуму, но усилитель не потерял свои звуковые параметры. После разработки данной схемы, все свои усилители для маломощных колонок стал делать именно на этой схеме.

Схема представленного усилителя имеет широкий диапазон воспроизводимых частот, диапазон питающих напряжений от 4,5 до 18 вольт (типовое 12-14 вольт). Микросхему устанавливают на небольшой теплоотвод, поскольку максимальная мощность достигает до 10 Ватт.

Читайте также:  Название стенок для гостиной

Микросхема способна работать на нагрузку 2 Ом, это значит, что к выходу усилителя можно подключать 2 головки с сопротивлением 4 Ом.
Входной конденсатор можно заменить на любой другой, с емкостью от 0,01 до 4,7 мкФ (желательно от 0,1 до 0,47 мкФ), можно использовать как пленочные, так и керамические конденсаторы. Все остальные компоненты желательно не заменять.

Регулятор громкости от 10 до 47 кОм.
Выходная мощность микросхемы позволяет применять его в маломощных АС для ПК. Очень удобно использовать микросхему для автономных колонок к мобильному телефону и т.п.
Усилитель работает сразу после включения, в дополнительной наладке не нуждается. Советуется минус питания дополнительно подключить к теплоотводу. Все электролитические конденсаторы желательно использовать на 25 Вольт.

Вторая схема собрана на маломощных транзисторах, и больше подойдет в качестве усилителя для наушников.

Это наверное самая качественная схема такого рода, звук чистый, чувствуются весь частотный спектр. С хорошими наушниками, такое ощущение, что у вас полноценный сабвуфер.

Усилитель собран всего на 3-х транзисторах обратной проводимости, как самый дешевый вариант, были использованы транзисторы серии КТ315, но их выбор достаточно широк.

Усилитель может работать на низкоомную нагрузку, вплоть до 4-х Ом, что дает возможность, использовать схему для усиления сигнала плеера, радиоприемника и т.п. В качестве источника питания использована батарейка типа крона с напряжением 9 вольт.
В окончательном каскаде тоже применены транзисторы КТ315. Для повышения выходной мощности можно применить транзисторы КТ815, но тогда придется увеличить напряжение питания до 12 вольт. В этом случае мощность усилителя будет достигать до 1 Ватт. Выходной конденсатор может иметь емкость от 220 до 2200 мкФ.
Транзисторы в этой схеме не нагреваются, следовательно, какое-либо охлаждение не нужно. При использовании более мощных выходных транзисторов, возможно, понадобятся небольшие теплоотводы для каждого транзистора.

И наконец — третья схема. Представлен не менее простой, но проверенный вариант строения усилителя. Усилитель способен работать от пониженного напряжения до 5 вольт, при таком случае выходная мощность УМ будет не более 0,5 Вт, а максимальная мощность при питании 12 вольт достигает до 2-х Ватт.

Выходной каскад усилителя построен на отечественной комплементарной паре. Регулируют усилитель подбором резистора R2. Для этого желательно использовать подстроечный регулятор на 1кОм. Медленно вращаем регулятор до тех пор, пока ток покоя выходного каскада не будет 2-5 мА.

Усилитель не обладает высокой входной чувствительностью, поэтому желательно перед входом применить предварительный усилитель.

Немало важную роль в схеме играет диод, он тут для стабилизации режима выходного каскада.
Транзисторы выходного каскада можно заменить на любую комплементарную пару соответствующих параметров, например КТ816/817. Усилитель может питать маломощные автономные колонки с сопротивлением нагрузки 6-8 Ом.

Высококачественный транзисторный УЗЧ с ИИП.

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Американцы разработали новую бомбу для подавления радиоэлектроники противника, и с удивлением обнаружили, что в автоматах Калашникова процессоры не используются.

Разрешите представить вашему вниманию усилитель. Я не стал ограничиваться дежурными схемами, и решил вам преподнести нечто довольно свежее и хорошо звучащее.
Вот уже несколько лет я занимаюсь высококачественным усилением. За эти несколько лет были перепробованы десятки схем, решений, идей. За это время я пришел к простому выводу. Усилитель должен просто усиливать. То есть взять входной сигнал небольшого уровня, и на выходе сделать такой же сигнал, только усиленный, с минимальными искажениями. Усилитель должен выдать на свой выход увеличенную точную копию входного сигнала, внося минимум искажений. Усилитель не должен "звучать". Звучит акустическая система. А усилитель усиливает сигнал. А если он вносит в сигнал какую-либо отсебятину, то это не усилитель, а эквалайзер или еще какой-нибудь улучшайзер, что опять же, недопустимо.
Рассмотрим классическую схему усилителя.

Это классическая топология Лина, разработанная им на фирме RCA еще в 1956 году. Сейчас практически все усилители (больше 90%) звуковой частоты построены именно по этой схеме. Он имеет в своем составе три каскада: первый каскад — каскад преобразования проводимости — входной каскад, и практически всегда является дифференциальным.

Второй каскад — каскад усиления напряжения. Он получает токовый сигнал от входного каскада, и превращает его в пропорциональное выходное напряжение.

И третий каскад, каскад усиления тока. Он имеет усиление напряжения около единицы, и является мощным буфером для работы на низкоомную нагрузку, которой является акустическая система.

При всей распространенности, эта топология не является оптимальной для усилителя мощности звуковой частоты. Я довольно долго работал над совершенствованием усилителя этой схемы, и пришел к выводу, что даже при значительном усложнении схемотехники не удается достигнуть необходимых параметров по искажениям и скорости нарастания выходного сигнала.

Я стал искать альтернативные варианты, рассмотрев в том числе усилители в параллельным высокочастотным каналом усиления, но все они слабо подходили для усиления звука.

Ключ решения этой проблемы я нашел в патенте U.S. Patent 4,502,020 — Current feedback amplifier, разработанный Дэвидом Нельсоном. Такая топология достаточно давно используется для изготовления сверхбыстродействующих операционных усилителей для видеосигнала и других применений. На нем достигнуты полосы пропускания в гигагерцы и скорости нарастания в киловольты в микросекунду.

Читайте также:  Лампочка для микроволновки panasonic

Она состоит из трех частей: входной каскад — каскад усилителя ошибки, каскад преобразования ток-напряжение, и выходной буфер.

Такое построение позволяет расширить полосу пропускания, понизить динамические искажения и получить гораздо более высокие параметры, чем при применении обычного усилителя.

При попытке перенести внутреннюю схемотехнику операционного усилителя на дискретные компоненты, я столкнулся с проблемой, которая не могла возникнуть в монолитном кристалле. Из-за разницы температур транзисторов токовых зеркал возникал их разбаланс, и на выходе усилителя появлялась постоянная составляющая примерно полтора вольта. Возникли и другие проблемы, требующие решения для возможности нормальной эксплуатации усилителя. Спустя какое-то время они были решены, и появился усилитель с токовой ОС, который я назвал ColdFire. Звучание тракта с ним было просто прекрасным. Прекрасная проработка как высоких, так и низких частот. Низкие искажения обеспечивали приятное прослушивание без головной боли даже на высоких уровнях громкости. У него был лишь небольшой недостаток — это его сложность. И цена, вместе с дефицитностью деталей.

Для применения дома оптимальным является усилитель номинальной мощностью около 50-100 ватт. И для удовлетворения запросов радиолюбителей, у которых не было больших сумм денег был разработан довольно простой, выполненный на недефицитных деталях, и тем не менее, звучащий гораздо лучше своих конкурентов усилитель MiniColdfire. Относительно своего "старшего брата" у него другой, более простой входной каскад и менее мощный выходной каскад на одной паре транзисторов против трех пар у ColdFire.

Это обеспечено желанием упростить и удешевить усилитель без существенной потери качества звучания.

Принципиальная схема усилителя:

Входной каскад выполнен на транзисторах VT1-VT8. VT1, VT2, VT5 и VT6 являются генераторами стабильного тока, необходимых для работы транзисторов VT7 и VT8.

Второй каскад построен на двух комплиментарных токовых зеркалах Уилсона на транзисторахVT9-VT14, что помогло обеспечить меньшую требовательность к разбросу параметров радиоэлементов.

Транзисторы VT15-VT21 являются выходным каскадом с КУ=1. Транзистор VT15, включенный как генератор тока, задает напряжение смещения для выходных транзисторов. Транзисторы VT18-VT21 образуют попарно VT18-VT20 и VT19-VT21 составные транзисторы Шиклаи, что обеспечивает гораздо меньшие искажения, чем при применении схемы Дарлингтона за счет местной отрицательно обратной связи, которая позволяет работать в линейном режиме при малых искажениях даже при полном отсутствии тока покоя выходного каскада, а при его наличие — получать меньшие искажения при меньших же относительно схемы Дарлингтона токах покоя. Это так же положительно сказывается на выходных параметрах усилителя.

Резисторы R10 R11 R12 R14 являются резисторами низкоомной цепи ООС.

Диоды VD5-VD6 являются защитными обратными диодами для защиты выходного каскада от обратной ЭДС акустической системы.

На операционном усилителе OP177 собрана схема коррекции напряжения смещения (схема поддержания нуля). OP177 является усовершенствованным вариантом прецизионного ОУ OP07. Возможно применение и других ОУ. Основным параметром является малое напряжение смещения и малые входные токи для минимализации ошибки интегрирования. Конденсатор C5 желателен полипропиленовый, но допускается и применение других типов пленочных конденсаторов, хотя это и нежелательно и может привести к ошибкам в работе интегратора.

Резисторы желательны металлодиэлектрические, например С2-23 1%. R22 и R23 — пятиваттные SQP проволочные резисторы в керамическом корпусе. Катушка L1 мотается на оправке 10-12 мм обмоточным проводом диаметром 1-1.5 мм в один слой виток к витку 14 витков.

Параметры усилителя:
Выходная мощность при уровне входного сигнала 0дБ (0.707В среднеквадратичного) при напряжении питания +36 вольт:
На нагрузку 4 Ома: 100 Вт
На нагрузку 8 Ом: 50 Вт
Полоса пропускания по уровню -3 дБ: 3 Гц-2 МГц
Скорость нарастания выходного сигнала: 400 В/мкС
Оптимальный ток покоя: 20-100 мА, рекомендуется 50-60 мА.
КГ на частоте 1 кГц на номинальной мощности (+36В, 8 Ом): 0.002%

В связи с тем, что времени на тестирование не было, в ПП могут быть ошибки, так как она не тестировалась, а параметры сняты на макетной плате.

Импульсный блок питания мощностью 220 Вт.

". импульсники для усилителя. да ты чо: он ж фонить будет, знаешь сколько шуму с колонок попрёт. Лучше — обычный трансформаторный блок питания:" Так считают многие. Так они говорят другим, и так начинают считать другие.

Откуда взялось такое предвзятое мнение и отрицание импульсного блока питания как принципиально возможного БП для усилителя?

Во-первых, это мнение активно распространяется теми, кто, не имея своего какого-либо опыта работы с ИИП, поддаются провокациям и их распространяют.
Во-вторых, однажды неудачно повторенная конструкция может отбить всю охоту конструировать импульсные источники питания.
Ну и в-третьих, неполное или неверное понимание характеристик ИИП тоже формирует отрицательное мнение о импульсных блоках питания.

Про мнения вроде "У него нет аналоговой души, поэтому он будет звучать плохо" (как может БП звучать?! У нас АС звучат, а блок питания питает!) я ничего не буду говорить. Мракобесие и псевдонаука цветет и пахнет, и если человек слепо уверует — его можно заставить купить обычную спичку за тысячу долларов, рассказав какая она вся крутая, хорошо горит и с золотым напылением. Это клиника, санитары и смирительная рубашка. Не будем на них останавливаться.

Читайте также:  Как установить гамак на даче

Я точно так же могу доказать невозможность применения обычного трансформатора для питания УМЗЧ из-за больших пульсаций на выходе. Но мы же не занимаемся глупостями, правда?

Итак, данный блок питания представляет собой обратноходовый (FlyBack) ИИП на интегральной микросхеме TOP250, которая представляет собой почти все нужное для построения электронной части ИИП в одном корпусе.

Общая схема обратноходового однотактного ИИП:

Ключ VT1 при замыкании накачивает энергию в первичную обмотку трансформатора, точнее, обратноходового дросселя TR1. При размыкании ключа магнитный поток в сердечнике мгновенно меняет направление, и на вторичной обмотке дросселя наводится ЭДС. Её можно регулировать, изменяя степень заполнения цикла (отношение открытого состояния ключа к закрытому). Выходное напряжение стабилизируется по сигналам обратной связи схемой управления как раз изменением степени заполнения.

Представляю вам два варианта — с выходными параметрами 2*27В*4А и 2*36В*3А. Они отличаются только намоточными параметрами трансформатора, и выходными выпрямительными диодами.

Базой блока питания служит интегральная микросхема TOP250, которая представляет собой очень удобное решение все в одном — управляющая микросхема и ключ. Достаточно соединить её с трансформатором, землей и схемой обратной связи — и ИИП будет работать.

Оба блока питания имеют полную гальваническую развязку входа и выхода, в том числе и развязку цепи обратной связи. Так же имеется возможность тонкой подстройки выходного напряжения многооборотным переменным резистором R7.

Частота работы схемы — 132 кГц, что обеспечивает полную свободу от шумов блока питания и крайне малый уровень пульсаций, так как частота переключения лежит далеко за границей слышимого диапазона, да и фильтрация выходного напряжения гораздо лучше. За счет быстрой реакции цепи ОС, высокой частоты и больших емкостей фильтра, данный БП полностью свободен от эффекта кратковременного "захлебывания" при резком изменении нагрузки, что некоторые ставят (причем порой достаточно обоснованно) в недостатки ИИП при питании усилителей мощности.

Трансформатор для версии на 27 вольт мотаем проводом ПЭТВ-2 на сердечнике ETD34 от Epcos вертикального типа, сначала — двумя проводами 0.5 мм первичку 14 витков, , потом две обмотки вторички 7 витков каждая тремя проводами по 0.5 мм диаметром, потом обмотку подпитки — двумя проводами четыре витка, потом опять первичка 14 витков. Все мотается с соблюдением фазировки. Феррит я использовал N87 от Epcos с зазором в 0.5 для каждой половины. Между обмотками трансформатор перематывается фторпластовой лентой или трансформаторной бумагой, при желании еще и проливается аэрозольным лаком вроде URETANE. Снаружи обмотки стягиваются двумя нейлоновыми стяжками для кабелей.

Выходные дроссели мотаются на желтых сердечниках их распыленного железа (материал #27) проводом в 1.5 мм диаметром 33 витка. Такие же сердечники применяются в дросселях групповой стабилизации компьютерных БП, и их так же можно купить отдельно. Дроссель L1 — готовый помехоподавляющий. Так же можно купить, или взять с компьютерного БП.

Конденсаторы C1, С4 — конденсаторы типа Y2, C3, C2 — типа X2, конденсатор С6 — типа К15-5 1.6 кВ или другая высоковольтная керамика. C8-C12 — низкоимпедансные электролитические конденсаторы (нампример, Jamicon WL), С13-С14 — керамика типа К10-17б. Рекомендуется обратную сторону платы залить электроизоляционным аэрозольным лаком.
Все элементы, устанавливающиеся на радиатор, ставятся через прокладку, обмазанную термопастой, и через шайбы для крепежа. Радиаторы типа HS 113 от Kinsten Industrial, для TOP — высотой 5 см, для диодов — 5 или 3 см. Резисторы рекомендуются типа С2-23, как более термостабильные.
В остальном блок особенностей не имеет.

Первое включение блока производим через лампочку в 40-60 Вт. Если на выходе появилось напряжение и лампа не зажглась, то можно попробовать немного нагрузить его.

Если на выходе повышенное напряжение, необходимо проверить цепь обратной связи. Если лампа ярко горит, надо проверить верность сборки и исправность деталей. Резистором R8 осуществляется точная подстройка выходного напряжения.

ВНИМАНИЕ: блок питания является СЕТЕВЫМ ИМПУЛЬСНЫМ БЛОКОМ ПИТАНИЯ, и первичная часть имеет гальваническую связь с электрической сетью, и на ней присутствуют опасные для жизни напряжения. Так же, на конденсаторе С5 может сохраняться заряд и после выключения БП. Перед проведением работ на блоке его надо разрядить. В связи со всем этим, требуется соблюдать предельную аккуратность при настройке и работе с блоком, так же рекомендуется поскорее спрятать его в корпус, при этом не забыв обеспечить его надлежащей вентиляцией.

Параметры:
Выходные параметры: 2*27 вольт 4 ампера каждая, 2*36 вольт 3 ампера каждая
Входное напряжение: 180-260 В AC
КПД: 80% в наихудшем случае, типичный — 85-90%.
Защита от перенапряжения в сети, защита от недостаточного напряжения в сети, защита от перегрузки по току.

Блок питания прост в сборке и настройке, имеет отличные параметры, как и все необходимые защиты, спокойно переносит КЗ на выходе и прекрасно подходит для применения с усилителями мощности звуковой частоты.

Фуф: вроде закончил. Если найдете ошибки — пишите на форум, исправим. В такой нервотрепке мог и чего напутать.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector