Усилитель звука в системный блок своими руками
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 05.10.2024
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.
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.
Автором предложены два несложных двухполосных стереофонических УМЗЧ с общим низкочастотным каналом, которые работают с персональным компьютером в системе мультимедиа. Эти же усилители можно применить и в автомобильном радиокомплексе или переносном музыкальном центре.
В двухполосной или многополосной аппаратуре звуковоспроизведения разделение полос производится фильтрами второго, третьего и более высокого порядков. Но в простых стереофонических устройствах нередко имеет смысл разделять полосы на выходе УМЗЧ стереоканалов, которые в таком случае должны быть широкополосными. Конденсатор, разделяющий УМЗЧ и громкоговоритель СЧ — ВЧ, может быть использован в качестве элемента фильтра НЧ. В этом случае сигнал, необходимый для работы низкочастотного канала, образуется непосредственно на этом конденсаторе. Возрастание его реактивного сопротивления со снижением частоты сигнала вызывает такое же постепенное возрастание напряжения усиленного сигнала на этом конденсаторе. Стоит заметить, что широкополосные каналы оказываются не нагруженными на частотах ниже частоты раздела и на этих частотах искажения в усилителе значительно ниже, чем при широкополосной нагрузке. Кроме того, благодаря более эффективному электроакустическому преобразованию в динамических головках в полосе СЧ — ВЧ от усилителя требуется меньшая мощность, чем для широкополосных головок.
На принципиальной схеме ( рис. 1 ) показано два широкополосных канала УМЗЧ на микросхеме DA1.
К выходам микросхемы подключены головки СЧ — ВЧ акустической системы ВА1 и ВА2 с общим разделительным конденсатором С6 небольшой емкости. В результате из активных сопротивлений нагрузки ВА1, ВА2 и конденсатора С6 получается фильтр НЧ первого порядка. Сигнал низкочастотной составляющей снимается с него на мостовой усилитель НЧ, собранный на микросхеме DA2.
Микросхемы серии TDA1519 выбраны не случайно. Они обеспечивают хорошее качество звучания и при этом имеют минимум навесных элементов. Усилитель можно перевести в дежурный режим выключателем SB1. Следует учитывать, что микросхемы TDA1519Q или без буквенного индекса имеют внутри два неинвертирующих усилителя, их устанавливают на место DA1, а в микросхемах с индексами А и В один из усилителей инвертирующий, что необходимо для включения по мостовой схеме DA2.
При нагрузке каналов СЧ — ВЧ сопротивлением 8 Ом и указанном напряжении питания номинальная выходная мощность составляет около 2,5 Вт, а на нагрузке канала НЧ сопротивлением 4 — 8 Ом — 9. 12 Вт с нелинейными искажениями не более 0,1%. При емкости конденсатора С6 около 220 мкФ частота разделения полос выбрана около 180 Гц. Ее величина зависит от емкости этого конденсатора. Если же в каналах СЧ — ВЧ использовать нагрузку сопротивлением 4 Ом, то мощность на ней вырастет в два раза, но для сохранения частоты разделения следует удвоить емкость конденсатора С6. Усиление широкополосных каналов по напряжению — 40 дБ.
Вместо микросхемы TDA1519 (DA1) допустимо применить микросхему TDA1517. Тогда усиление широкополосных каналов будет равно 20 дБ.
Другой УМЗЧ ( рис. 2 ) основан на том же принципе разделения полос в цепях нагрузки СЧ — ВЧ каналов, однако в нем применены более привычные для многих радиолюбителей микросхемы TDA2005.
Для увеличения кликните по картинке (откроется в новом окне)
Здесь в широкополосных каналах использована обратная связь по току через нагрузку, что обеспечивает более высокие параметры УМЗЧ и позволяет иметь на разделительных конденсаторах (в данном случае их тут два) сигнал, идентичный входному, с уровнем, независимым от импеданса нагрузки (разумеется, на частотах ниже частоты разделения полос). Общий канал НЧ также собран по мостовой схеме, где оба усилителя микросхемы DA2 включены по инверсной схеме. Включенный реостатом регулятор R10 изменяет усиление сигнала в канале НЧ.
Параметры УМЗЧ примерно такие же, как и в предыдущем устройстве, но при сопротивлении нагрузки 8 Ом усиление по напряжению широкополосного усилителя равно 26 дБ и зависит от сопротивления нагрузки. При необходимости его чувствительность изменяют подбором резисторов R6, R8. Для выбора емкости конденсаторов С12, С13 здесь годятся те же рекомендации, что и относительно С6 в схеме, приведенной на рис. 1.
Как в первом, так и во втором усилителе микросхемы должны быть установлены на теплоотводе с эффективной площадью не менее 200 см 2 . Печатные платы автором не разрабатывались; достаточно просто монтаж элементов усилителя производится на подходящей макетной плате.
В какой-то момент окончательно надоел слабенький звук с пластмассовых 10-ваттных компьютерных колонок и захотелось действительно высокой мощности, и конечно лучшего баса! Купить активные АС ватт на 100 не проблема – проблема найти 10000 рублей на такую вещь. Но можно обойтись суммой в 10 раз меньшей, если собрать электронику самому, а колонки найти пассивные, подходящей мощности.
Схема электрическая УМЗЧ
Электроника компьютерных АС состоит из нескольких систем:
Здесь приведём только самую основную схему – стерео блок усилителя НЧ. Остальные модули особенностей не имеют и выполнены по стандартным схемам, которые не проблема найти на сайте 2Схемы. Или вообще исключить, так как главное сам усилитель на TDA7294.
Самодельный домашний УМЗЧ
Корпус усилителя
Корпус был создан из доски и МДФ. Вообще конструкция этого усилителя проблема для тех, кто хочет выполнить механические работы домашних условиях – не легко найти нужные материалы и оборудование. Но если не повезло подобрать подходящую коробку, то уж сколотить её из МДФ думаем ни для кого не проблема.
Корпус УНЧ 2х100 Вт
Испытания УНЧ дома
Сабвуфер тут не понадобится – с хорошей мощностью и большими НЧ динамиками в АС низов будет и так хватать с головой. В итоге с этой конструкцией удалось получить 2 по 60 ватт мощности, и это не на пределе (чтоб искажений было меньше). Так что все звуком довольны, в том числе соседи!
Как собрать усилитель звука для колонок в домашних условиях
Моим вариантом было добавить второй дифференциальный каскад, чтобы заменить обычный источник постоянного тока с общим эмиттером. Это открывает второй путь обратной обратной связи. Путь прохождения сигнала представляет собой последовательное соединение инвертирующих входов дифференциального усилителя, а обратная связь — неинвертирующие входы. Поэтому, источник постоянного тока не имеет в своей схеме байпасные конденсаторы, и является каскадом только для проведения постоянного тока.
Другая цепь обратной связи — обычная: выход на неинвертирующий вход первого дифференциального каскада. Идея состоит в том, чтобы добавить много обратной связи для линеаризации выходных транзисторов, поскольку нелинейность этих устройств делает их довольно плохими аналоговыми усилителями.
Ограничение выхода осуществляется с помощью усилителя начального напряжения (Q1). Этот каскад имеет коэффициент усиления 7,5, так что при входном значении 1,0 В (среднеквадратичное значение) выходное напряжение становится немного меньше 7,5 В. Коэффициент усиления схемы от выходной цепи регулятора громкости до динамика равен единице из-за большой отрицательной обратной связи.
Выбор актуальных компонентов, используемых в усилителе звука для колонок, не критичен. Здесь подойдут любые малосигнальные транзисторы. Единственное исключение — Q8 и Q10. Эта пара должна быть 2N3904 и 2N3906, так как это взаимодополняющие пары. Эти транзисторы задают характеристики для всей выходной цепи и должны быть сбалансированы по характеристикам, чтобы не допускать попадания постоянного тока в динамики и для симметричного усиления.
Что касается дифференциальных пар (Q2, Q3, Q5, Q6) для усилителя звука для колонок, то тип не так важен, однако важны согласованные пары. Хорошая идея — получить пару десятков каждого из них, PNP и NPN, а затем выбрать пары, которые точно соответствуют VBE и hFE. Согласование пар в дифференциальных каскадах помогает сдерживать смещение постоянного тока, поскольку в этой конструкции используется связь по постоянному току в интересах хорошей низкочастотной характеристики.
Динамики как правило возражают против любого значительного количества постоянного тока, так как он сжигает звуковые катушки. Это также ставит под угрозу точность воспроизведения, поскольку постоянный ток на звуковых катушках ограничивает движение диффузора. Конденсатор 1800 пФ, подключенный к стоку полевого транзистора Q1, был включен, поскольку один из этих усилителей показал слабые (10 мВ-пик) колебания на частоте 700 кГц.
Если вы включаете его, обязательно выполняйте подключение с минимально возможной длиной провода, так как он является ВЧ-компонентом. Это не повлияет на качество звука, поскольку его частота среза составляет около 58 кГц.
Конструкция: Усилитель звука для колонок
Модуль предусилителя строится с одной стороны, а последний — с противоположной. Радиатор силовых транзисторов изготовлен из двух стальных или алюминиевых кусков уголка 25х25 мм. Просто отмерьте длину 2¼ и разрежьте ее пополам. Такое действие, естественно, обеспечит необходимый зазор для электрического разделения этих радиаторов. Зачистите достаточное количество меди с одной стороны печатной платы, чтобы радиаторы не были закорочены.
Они крепятся к печатной плате одним винтом и гайкой. (Кроме того, не забудьте очистить медь под головкой винтов на стороне предусилителя на печатной плате, иначе вы закоротите контакты.) В середине одного из фланцев уголка просверлите отверстие немного меньше диаметр 2Н3053S. Такое отверстие следует увеличить путем осторожного развертывания, чтобы корпус транзистора плотно прилегал.
Такой момент важен для хорошей передачи тепла от транзистора к радиатору. Как только все будет сделано, нанесите на транзистор тонкий слой силиконовой смазки и вдавите его на место в радиаторе. Их можно отложить до тех пор, пока они вам не понадобятся. После того, как компоновка схемы усилителя звука для колонок завершена и вы проверили ее на наличие ошибок проводки, начальный тест выполняется с резистором 10 Ом/10 Вт, подключенным к выходу вместо динамика.
Важно, чтобы эта цепь ни в коем случае не работала без нагрузки. Возврат постоянного тока Q3 происходит исключительно через нагрузку. Если нет нагрузки, этот дифференциальный каскад становится сильно разбалансированным, и его действие распространяется по всей цепи до оконечного каскада и, вероятно, спалит один или оба выходных транзисторов. Первое, что нужно проверить данное напряжение постоянного тока на эквиваленте нагрузки 10 Ом.
Значение напряжения должно быть менее 0,5 В постоянного тока. Если постоянного тока больше, чем 0.5 В, то проверьте каждый дифференциальный каскад, чтобы понять, откуда исходит это смещение постоянного тока. Скорее всего, это связано с несоответствующими транзисторов или слишком далеко не совпадающими выходными транзисторами. Когда я делал эту конструкцию, я не беспокоился о сопоставлении 2N3053, поскольку характеристики оконечников во многом определяются составными транзисторами Дарлингтона.
У меня не было никаких проблем с этими компонентами, но вы не можете исключить такую проблему. Если баланс постоянного тока приемлемый, вы можете выполнить тестирование с помощью эквивалента нагрузки, генератора сигналов и осциллографа. При этом будет наблюдаться точное воспроизведение формы входной волны. Если все хорошо, то можно подключать динамик.
Конструкция усилителя звука для колонок: Блок питания
Источник питания представляет собой простой симметричный положительный/отрицательный БП, состоящий из трансформатора со сбалансированной вторичной обмоткой и модуля выпрямительного моста. Несмотря на то, что трансформатор был самонаводящимся блоком, любой трансформатор с вторичной обмоткой 25,2 В, рассчитанный на ток 2,0 А будет хорошей заменой.
Важно, чтобы первичная обмотка транса была подключена точно так, как показано на рисунке.
Улучшения
Эти устройства работали довольно хорошо и действительно хорошо звучат, несмотря на присущие BJTs (биполярные транзисторы) ограничения как аналоговых усилителей. Возможны несколько улучшений. Первым будет использование полностью комплиментарных пар выходного каскада. Опять же, наиболее важной частью этого останется установка составных транзисторов Дарлингтона. Еще лучше было бы заменить дополнительные силовые транзисторы MOSFET.
Им, конечно, не нужны пары Дарлингтона для работы. Если используются силовые транзисторы VMOS, важно включить резистор 100 Ом последовательно с выводом затвора, установленный рядом с корпусом транзистора с наименьшей длиной вывода. Это поможет предотвратить возможность радиочастотных колебаний. (В отличие от BJT, VFET является высокочастотным устройством, и непреднамеренное создание генераторов VHF с ними довольно просто.)
Читайте также: