Схемы усилителей звука: Три схемы УНЧ для новичков

Содержание

cxema.org — Самый качественный усилитель звука

Высокое входное сопротивление и неглубокая ОС — основной секрет теплого лампового звучания. Ни для кого не секрет, что именно на лампах реализуются самые высококачественные и дорогие усилители, которые относятся к разряду HI-End. Давайте поймем, что такое качественный усилитель? Качественным имеет право называться тот усилитель мощности НЧ, который полностью повторяет форму входного сигнала на выходе, не искажая его, разумеется выходной сигнал уже усиленный. В сети можно встретить несколько схем действительно высококачественных усилителей, которые имеют право относится к разряду HI-End и совсем не обязательна ламповая схематика. Для получения максимального качества, нужен усилитель, выходной каскад которого работает в чистом классе А. Максимальная линейность схемы дает минимальное кол-во искажений на выходе, поэтому в строении высококачественных усилителей особое внимание уделяется именно этому фактору. Ламповые схемы хороши, но не всегда доступны даже для самостоятельной сборки, а промышленные ламповые УМЗЧ от брендовых производителей стоят от нескольких тысяч, до нескольких десятков тысяч долларов США — такая цена уж точно не по карману многим.

Возникает вопрос — можно ли аналогичных результатов добиться от транзисторных схем ? ответ будет в конце статьи.

Линейных и сверхлинейных схем усилителей мощности НЧ достаточно много, но схему, которая будет сегодня рассмотрена является ультралинейной схемой высокого качества, которая реализована всего на 4-х транзисторах. Схема была создана в далеком 1969 году, британским инженером-звуковиком Джоном Линсли-Худом (John Linsley-Hood). Автор является создателем еще нескольких высококачественных схем, в частности класса А. Некоторые знатоки называют этот усилитель самым качественным среди транзисторных УНЧ и я в этом убедился еще год назад.

Первая версия такого усилителя была представлена на нашем сайте. Удачная попытка реализации схемы заставила создать двухканальный УНЧ по этой же схеме, собрать все в корпусе и использовать для личных нужд.

Особенности схемы

Не смотря на простоту, схема имеет несколько особенностей. Правильный режим работы может нарушиться из-за неправильной разводки платы, неудачного расположения компонентов, неправильное питание и т.

п..

Именно питание — особо важный фактор — крайне не советую питать данный усилитель от всевозможных блоков питания, оптимальный вариант аккумулятор или блок питания с параллельно включенным аккумулятором.

Мощность усилителя составляет 10 ватт с питанием 16 Вольт на нагрузку 4 Ом. Саму схему можно приспособить для головок 4, 8 и 16 Ом.

Мною была создана стереофоническая версия усилителя, оба канала расположены на одной плате.

Поскольку оригинальных транзисторов схемы не удалось найти, пришлось использовать аналоги. Вся база — отечественная. Первый транзистор (где собственно формируется звук) поставил германиевый, на слух он звучит лучше. Можно использовать любые П-Н-П германиевые транзисторы малой мощности МП25 и ему подобные. Транзистор при желании можно заменить на КТ361 или не менее шумные.

Второй — предназначен для раскачки выходного каскада, поставил КТ801 (раздобыл достаточно трудно.

В самом выходном каскаде поставил мощные биполярные ключи обратной проводимости — КТ803 именно с ними получил несомненно высокое качество звучание, хотя экспериментировал со многими транзисторами — КТ805, 819 , 808, даже поставил мощные составные — КТ827, с ним мощность на много выше, но звук не сравниться с КТ803, хотя это лишь мое субъективное мнение.

Входной конденсатор с емкостью 0,1-0,33мкФ, нужно использовать пленочные конденсаторы с минимальной утечкой, желательно от известных производителей, тоже самое и с выходным электролитическим конденсатором.

Если схема рассчитана под нагрузку 4 Ом, то не стоит повышать напряжение питания выше 16-18 Вольт.

Звуковой регулятор решил не поставить, он в свою очередь тоже оказывает влияние на звук, но параллельно входу и минусу желательно поставить резистор 47к.

Сама плата — макетная. С платой пришлось долго повозиться, поскольку линии дорожек тоже оказывали некое влияние на качество звука в целом. Этот усилитель имеет очень широкий диапазон воспроизводимых частот, от 30 Гц до 1мГц.

Настройка — проще простого. Для этого нужно переменным резистором добиться половины питающего напряжения на выходе. Для более точной настройки стоит использовать многооборотный переменный резистор. Один шуп мультиметра присоединяем с минусом питания, другой ставим к линии выхода, т. е к плюсу электролита на выходе, таким образом, медленно вращая переменник добиваемся половины питания на выходе.

Ток покоя усилителя составляет 0,5-0,7А и это вполне нормально для класса А. КПД схемы — не более 25%, вся основная мощность источника питания превращается в ненужное тепло, которое выделяется транзисторами выходного каскада, поэтому им нужно интенсивное охлаждение, возможно понадобиться и кулер.

Все электролитические конденсаторы подбираются на 25 Вольт, хотя можно и на 16.

О звучании.

Ну, что тут сказать, чище звука еще не слышал, даже от некоторых ламповых усилителей, максимальная детальность каждой ноты, кажется, что играет живой оркестр, божественно чистый — и этим все сказано. Однозначно, эта схема может звучать лучше, чем многие ламповые усилители. Без подачи сигнала на вход из акустики нет никаких писков и шумов, даже очень тихих, а любой известный мне усилитель не способен на такой. Сравнивал звук с LM1875, с тда 2030, даже с STK412-010 и схемой ланзара — линсли худ на много лучше и чище.

В дальнейшем планируется собрать стильный корпус для этого усилителя, но об этом в другой раз.

Печатная плата

С уважением — АКА КАСЬЯН

Схема качественного усилителя мощности

Собрать мощный и качественный транзисторный усилитель мощность, трудно, особенно если мощность усилителя нужна большая. Из-за большого количества комплектующих компонентов, радиолюбители часто используют микросхему. Микросхемные усилители более просты и недороги, но по-моему каждый себя уважающий радиолюбитель должен хоть раз собрать мощный усилитель на транзисторах. Сегодня мы рассмотрим вариант схемы такого усилителя, электросхема достаточно популярна, называется схема Ланзара.

Схема усилителя мощности была успешно повторена многими радиолюбителями, из-за своих качественных параметров. Выходной каскад усилителя работает в классе АВ, схема отличается достаточно малым количеством используемых компонентов и сравнительно высокой мощностью.

Рисунок печатной платы УНЧ:

При двухполярном питании 75 вольт, выходная мощность схемы достигает 360-380 ватт на нагрузку 4 ом, при повышении питания, нужно добавить еще одну пару выходных транзисторов, тогда можно получить на выходе 450 ватт чистой мощности, при использовании 4-х пар выходных транзисторов можно получить от схемы 550 ватт! Схема УМЗЧ отлично работает и на нагрузку в 2 ом, но повышать выходное напряжение не стоит, 40 вольт вполне хватит для получения 300 -320 ватт на нагрузку в 2 ом.

Схема имеет широкий диапазон питяющих напряжений, от 20 до 80 вольт, малое количество деталей, высокие показатели и именно из-за этого схема нашла широкое применение не только радиолюбительских конструкциях, но и в промышленных усилителях. Схему Ланзара очень часто используют в автомобильных усилителях мощности, в этой области схема стала настоящим брендом. Это полностью симметричная схема схема была придумана в 70-х годах и до сих пор не теряет свою славу.

В этой статье мы поговорили про общее ознакомление со схемой усилителя мощности звука, в дальнейшем мы рассмотрим разновидности схемы и особенности конструкции усилителей такого класса.
Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ

Схемы популярных усилителей звуковой частоты на микросхемах

Н.Е.Сухов, г.Киев

Описание структуры

На современных микросхемах без каких-либо дополнительных активных элементов буквально за несколько минут возможно создание Hi-Fi усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ) с коэффициентом гармоник менее 0,01 % и выходной мощностью 50 Вт.

Тема этой статьи — созданная схема так называемого полного УМЗЧ класса Hi-Fi, т.е. содержащего не только собственно УМЗЧ, но и регуляторы тембра и громкости, а также коммутатор входов. Используя специализированные микросхемы фирмы Philips, такой усилитель можно создать всего на трех микросхемах (рис.1). Как видно, схемотехника также чрезвычайно проста и кроме микросхем содержит практически только разделительные и регулировочные пассивные элементы.

Любой из четырех стереофонических входов X1 — Х5 подключается посредством электронного коммутатора TDA1029 (DA1). Эта микросхема работоспособна при напряжениях питания устройства от 6 до 23 В и потребляет всего 3,5 мА. Схемы УМЗЧ Philips гарантирует, что для усилителя при единичном коэффициенте передачи ее коэффициент гармоник не превышает 0,01 % при уровнях сигнала до 5,5 В на нагрузке 4,7 кОм/100 пФ, взвешенное напряжение собственных шумов не превышает 12 мкВ, неравномерность АЧХ в диапазоне 20 Гц — 20 кГц не более 0,1 дБ, а переходное затухание между включенным и выключенным входами не более -75 дБ. Максимальный выходной ток имеет типовое значение 5 мА, а скорость нарастания 2 В/мкс.

Схема УМЗЧ имеет следующее назначение

Отсутствие разного рода шороха и щелчков при регулировании громкости, баланса и тембра, хорошо знакомых нашим аудиофилам из-за низкого качества и долговечности отечественных переменных резисторов, в данной схеме гарантировано тем, что регулировочные резисторы R20, R22 — R24 включены не в сигнальных цепях, а в цепях, формирующих постоянные управляющие напряжения. Включение и отключение тон-компенсации при регулировании громкости выполняется S2. Допустимый диапазон напряжений питания TDА1524А от 7,5 до 16,5 В, типовой потребляемый ток 43 мА. Диапазон регулировки коэффициента передачи (громкости) от -80 до +21,5 дБ. При использовании TDA1524А в других системах необходимо помнить, что ее входное сопротивление изменяется от 10 кОм при максимальном усилении до 160 кОм при минимальном. Несколько настораживают специфицированные фирмой Philips показатели коэффициента гармоник (не более 0,3 %) и напряжения собственных шумов (не более 310 мкВ), но реально измеренные искажения и шумы существенно меньше. Кроме того, применение делителей напряжения R25 — R28 позволило более полно использовать динамический диапазон TDA1524A и тем самым примерно на 10 дБ понизить относительный уровень шумов. С выхода DA2 сигнал поступает на линейный выход Х7 и на входы микросхемы TDA1555Q (DA3). Коэффициенты усиления всего усилитель звука установлены внутренними элементами в точности равными 10 (т.е. 20 дБ), внутренними же элементами заданы и режимы всех каскадов. Благодаря этому, простым соединением входов инвертирующих и неинвертирующих ОУ мы получаем два мостовые усил., нагрузку которых даже при однополярном питании можно подключить непосредственно (т.е. без крупногабаритных разделительных конденсаторов большой емкости) к выходам ИМС. Добавьте встроенную защиту выходов от перегрузок по току и статического электричества, защиту от перегрева и переполюсовки питающих напряжений, возможность перевода в дежурный режим с током потребления не более 100 мкА (для этого достаточно отключить вывод 14 микросхемы от шины питающего напряжения и оставить его в воздухе), внутренний стабилизатор напряжений с коэффициентом подавления пульсаций не менее 48 дБ, а также наличие автоматического детектора нелинейных искажений, и вам станет ясно, что TDA1555Q заслуживает внимания.

Готовые УМЗЧ звука

Микросхемы усилители PDF инструкции. Там есть и данный усилитель

Заключение для данных схем. Без каких-либо изменений схемы рис.1 описанный полный усилитель можно использовать и как автомобильный суперкласса, и как домашний комплекс среднего класса (в стационарных условиях рекомендую повысить напряжение питания до 18 В). TDA1555Q — находка для ремонтников он заменит любой из сгоревших УЗ как в импортных, так и в отечественных магнитолах, магниторадиолах, музыкальных центрах и других устройствах. Можно рекомендовать его и для модернизации морально устаревшие усилители (например, в Маяках серий 240, 242, 246, телевизорах и др.).

Усилитель звука по схеме Дорофеева на SMD компонентах

Приветствую дорогие самоделкины!
Рад представить Вашему вниманию проверенную временем схему усилителя звуковой частоты по схеме Дорофеева выполненную на одном операционном усилителе и четырех транзисторах.

Схема очень простая, не требует никакой настройки, начинает работать сразу после сборки и под силу даже начинающим радиолюбителям. Не смотря на простоту, усилитель имеет довольно качественное звучание и выходную мощность около 50 ватт, что более чем достаточно для жилого помещения. Данная схема работает в классе В, и впервые была опубликована в журнале «Радио» выпуск №3 за 1991год под заголовком «Режим B в усилителях мощности ЗЧ».

Оригинальная схема усилителя

Как видим схема действительно очень простая, но она построена на отечественной элементной базе, которую сейчас не так легко найти, в интернете присутствует множество вариантов и модификаций этого усилителя, например DarkAMP — переведённая на современную базу, и слегка модернизированная, также на этом сайте была представлена аналогичная схема «Транзисторный усилитель 50W своими руками», но в отличии от неё наша плата будет в основном состоять с smd компонентов, что позволит нам крепить плату целиком на радиатор, и собрать более компактный усилитель на современной элементной базе.

Для питания усилителя необходим блок питания с выходным двухполярным напряжением 25 вольт в плечо и мощностью 100-150 ватт. Схема нашего усилителя будет выглядеть так:

Усилитель Дорофеева на импорте

Как видим схема не содержит дорогих и дефицитных компонентов, всех их можно купить практически в каждом радиомагазине, или радиорынке. Операционный усилитель в нашем варианте будет TL071 (можно ставить TL081) в корпусе SO8, предвыходные транзисторы – распространённая комплементарная пара BD139/BD140, в качестве выходных транзисторов будет использоваться NJW0302/NJW0281 (можно ставить «народную» пару 2SC5200/2SA1943), стабилитрон 1N4744A можно заменить любым на напряжение стабилизации 15 вольт и мощностью рассеивания не менее 1 Ватт. При данной схемотехнике и напряжения питания +/-25 вольт (двухполярное), можно снять около 50 ватт на нагрузку в 4 Ома. Можно поднять напряжение питания до 30-36 вольт в лечо и снять при этом более 100 ватт на канал, но для этого нужно заменить два одноваттные резисторы номиналом 910 Ом на аналогичные по мощности, номиналом 2 килоома, все smd компоненты выполнены в корпусе типоразмера 1206, выводные конденсаторы — плёночные.

Для сборки нам понадобится:

Для начала нам нужно сделать плату. Её я делаю с помощью метода Лазерно утюжной технологии (ЛУТ), разводка платы моего авторства выглядит так (скачать плату в формате lay):

Печатаем рисунок платы на термотрансферную бумагу и переводим на стеклотекстолит с помощью обычного утюга:

Далее травим в хлорном железе (или в растворе перекиси водорода, соли и лимонной кислоты), сверлим отверстия и лудим дорожки (лично я лужу в сплаве Розе в кипятке с добавлением лимонной кислоты), и получаем вот такую красоту:

Как по мне, плата разведена не плохо, так как при работе усилителя абсолютно отсутствует какой-либо фон и наводки
Далее припаиваем сначала smd компоненты, и потом все выводные, от меньших к большим для удобства пайки. После пайки отмывания флюса получаем следующий результат:

После этого можно попробовать включить усилитель для проверки работоспособности, так как выходные транзисторы еще не установлены на радиатор, то необходимо включить устройство не более чем на одну минуту и на вход подать музыкальный сигнал небольшой громкости, или просто потрогать вход пальцем.

Если всё собрано верно, то усилитель сразу начнет работать и в динамике должна играть музыка, или фон от пальцев, если такого нет, то необходимо убедится в правильности установки всех компонентов, и в отсутствии случайных перемычек между дорожками от капелек припоя, также следует обратить внимание на правильность установки стабилитронов, и транзисторов, и также правильную полярность электролитических конденсаторов. Далее необходимо установить плату на радиаторы, сначала метим места для отверстий, керним и сверлим сверлом 2,5 мм, потом в каждое отверстие капаем по пару капель машинного масла и с помощью метчика М3 навинчиваем резьбу. Данных радиаторов хватает с избытком и даже при максимальной мощности радиаторы сильно не разогреваются (не более 35-40 градусов)

Выходные транзисторы обязательно изолируем от радиатора с помощью изолирующих прокладок с нанесение термопасты:

После сборки можно переходить к полноценным испытаниям и прослушиванию. Схема показала хороший результат неплохое звучание, и надёжность.

Приятных вам самоделок!

Гамма. Часть 1. Схема усилителя.

Проект “Гамма”

Часть 1. Схема усилителя.

Конец: Часть 6. Секреты выбора блока питания.

К оглавлению: Конструктор “Гамма”. Усилитель для наушников.

Усилитель для наушников должен решать две основные задачи.

Во-первых, он должен разгружать выход источника сигнала. Работа аудиовыхода на низкоомную нагрузку приводит к резкому росту искажений (из-за высокой токовой нагрузки) и ухудшению АЧХ (завал на НЧ и иногда ВЧ). Использование буферного усилителя тока предотвращает эти явления.

Во-вторых, для обеспечения нормальной громкости на высокоомных наушниках (и запаса по громкости на низкоомных),

ушник должен иметь некоторое усиление по напряжению.

Основные задачи усилителя для наушников: разгружать выход источника сигнала, усиливать входной сигнал по напряжению.

При использовании низкоомных наушников дополнительное усиление не всегда нужно. В таких случаях усилитель используется как токовый буфер. Иногда в этом качестве можно использовать самые простые схемы. Например, обычные

повторители. Они могут быть собраны как на биполярных, так и на полевых транзисторах.

Более универсальным решением может стать схема с использованием ОУ с дополнительным буфером на выходе.

Схема одного канала усилителя для наушников Гамма

Его главное свойство – очень чистое звучание. А именно таким, по нашему мнению, и должен быть транзисторный усилитель. А для приукрашенного звука лучше использовать гибридные усилители.

Сама схема оставляет некоторую свободу в настройке звука. Это и замена ОУ (менее шумящие, более/менее скоростные и т.д.). При желании, замена выходных транзисторов, выбор режима их работы (что сказывается на вносимых окрасках в звук).

Изменением запайки можно охватить ОС весь усилитель или только ОУ. Каждый из вариантов по-своему интересен. ОООС позволяет получить высокую линейность, суммарный коэффициент гармоник будет составлять тысячные доли процента.

Исключение выходного буфера из петли ОС приведет к росту второй гармоники («благозвучные» искажения). Кроме этого, произойдут и некоторые другие изменения влияющие на звук. Вполне возможно, что кому-то такой звук покажется интереснее.

Главное свойство транзисторного усилителя – очень чистое звучание.

Для приукрашенного звука лучше использовать гибридные усилители.

Ток покоя выходного каскада можно будет подбирать под требования используемых наушников (по умолчанию мы бы выставили его равным 200 мА).

Среди прочих достоинств такой схемы отметим способность работать в широком диапазоне питающих напряжений (без

каких либо настроек и изменений), простоту сборки и настройки.

В нашей схеме нет блока питания: мы отказались от высоковольтной части и оставили лишь блок фильтрации напряжения. Ведь не секрет, что хорошее питание – один из элементов качественного звука.

Схема фильтра питания усилителя для наушников Гамма

Идеальным вариантом питания для усилителя будет трансформаторный сетевой адаптер от 18 до 28 В и мощностью от 12 Вт.

Кому-то может оказаться полезным и то, что устройство без особых усилий можно превратить в высококачественный усилитель мощности (в классе А) работающий на акустику.

Но это, как говорится, уже другая история (если кому-то это будет интересно, расскажем об этом отдельно).

Качество звука у такого ушника проверено, и оно высокое. Похожая схема используется в нашем усилителе для наушников AHD-003A.

По мотивам статьи на нашем блоге.

Продолжение: Часть 2. Конструктив усилителя. Модульность.

К оглавлению: Конструктор “Гамма”. Усилитель для наушников.

Схема усилителя мощности Ланзар. Обзор.

ОБЗОР УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ ЛАНЗАР

Откровенно говоря я был сильно удивлен так сильно набирающему популярность выражению УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА. Насколько мне позволяет мое мировозрение, то под усилителем звука может выступать только один предмет — рупор. Вот он действительно усиливает звук уже не один десяток лет. Причем рупор может усиливать звук в обоих направлениях.

Как видно из фотографии рупор ни чего общего с электроникой не имеет, тем не менее поисковые запросы УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ все чаще заменяются на УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА, ну а полное название этого девайса УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ вводится всего 29 раз в месяц против 67000 запросов УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА.
Прям интересно с чем это связано… Но это был пролог, а теперь собственно сама сказка:

Принципиальная схема усилителя мощности ЛАНЗАР приведена на рисунке 1. Это практически типовая симметричная схема, что позволило серьезно уменьшить нелинейные искажения до очень низкого уровня.
Данная схема известна довольно давно, еще в восьмидесятых года Болотников и Атаев приводили аналогичную схему на отечественной элементной базе в книге «Практические схемы высококачественного звуковоспроизведения». Однако работы с этой схемотехникой начались несколько не с этого усилителя.
Все началось со схемы автмобильного усилителя PPI 4240 которая была с успехом повторена:

Принципиальная схема автомобильного усилителя PPI 4240

Далее была статья «Вскрываем усилитель -2» от Железного Шихмана (статья к сожалению удалена с авторского сайта). В ней шла речь о схемотехнике автомобильного усилителя Lanzar RK1200C, где в качестве усилителя использовалась все та же симметричнай схемотехника.
Понятно, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, поэтому копаясь в своих сто лет записанных дисках я отыскал оригинла статьи и привожу ее в качестве цитаты:

ВСКРЫВАЕМ УСИЛИТЕЛЬ — 2

А.И.Шихатов 2002

Новый подход к конструированию усилителей предполагает создание линейки аппаратов, использующих сходные схемотехнические решения, единые узлы и стилевое оформление. Это позволяет, с одной стороны, сократить расходы на проектирование и изготовление, с другой — расширяет выбор аппаратуры при создании аудиосистемы.
   Новая линейка усилителей Lanzar серии RACK выполнена в духе студийной аппаратуры, устанавливаемой в стойку (рэк). На лицевой панели размерами 12,2х2,3 дюйма (310х60мм) установлены органы управления, на задней — все разъемы. При такой компоновке не только улучшается внешний вид системы, но и упрощается работа — кабели не мешают. На передней панели можно смонтировать входящие в комплект крепежные планки и ручки для переноски, тогда аппарат приобретает студийный вид. Кольцевая подсветка регулятора чувствительности только усиливает сходство.
   Радиаторы расположены на боковой поверхности усилителя, что позволяет набирать в стойку несколько аппаратов, не нарушая их охлаждение. Это несомненное удобство при создании развернутых аудиосистем. Однако при установке в закрытую стойку необходимо побеспокоиться о циркуляции воздуха — установить приточные и вытяжные вентиляторы, термодатчики. Словом, профессиональная аппаратура во всем требует профессионального подхода.
   В линейку входит шесть двухканальных и два четырехканальных усилителя, отличающиеся только выходной мощностью и длиной корпуса.

Минимальное сопротивление нагрузки	2 Ом
Полоса частот	15 Гц-35 кГц
Коэффициент гармоник	0,04%
Чувствительность	100 мВ-4 В
Входное сопротивление	22 кОм
Отношение сигнал/шум	> 90 дБ
Разделение стереоканалов	> 60 дБ
Частота среза ФНЧ	40-120 гц
Частота среза ФВЧ	150 Гц-1,5 кГц
Бас-бустер	0-18 дБ

Структурная схема кроссовера усилителей Lanzar серии RK приведена на рисунке 1. Подробная схема не приводится, поскольку ничего оригинального в ней нет, и не этот узел определяет основные характеристики усилителя. Такая же или аналогичная структура используется в большинстве современных усилителей средней ценовой категории. Набор функций и характеристики оптимизированы с учетом многих факторов:
С одной стороны, возможности кроссовера должны позволять без дополнительных компонентов строить стандартные варианты аудиосистемы (фронт плюс сабвуфер). С другой стороны, вводить полный набор функций во встроенный кроссовер нет особого смысла: Это заметно увеличит стоимость, но во многих случаях останется невостребованным. Выполнение сложных задач удобнее возложить на внешние кроссоверы и эквалайзеры, а встроенные — отключить.

     В конструкции использованы сдвоенные операционные усилители KIA4558S. Это малошумящие усилители с низкими собственными искажениями, разработанные с учетом «звукового» применения. Вследствие этого их широко применяют в каскадах предварительного усиления и кросссоверах.
   Первый каскад — линейный усилитель с изменяемым коэффициентом усиления. Он согласует выходное напряжение источника сигнала с чувствительностью усилителя мощности, поскольку коэффициент передачи всех остальных каскадов равен единице.
   Следующий каскад — регулятор басового усиления (bass boost). В усилителях данной серии он позволяет увеличивать уровень сигнала на частоте 50 Гц на 18 дБ. В продукции других фирм подъем обычно меньше (6-12 дБ), а частота настройки может быть в области 35-60 Гц. Кстати, такой регулятор требует хорошего запаса мощности усилителя: увеличение усиления на 3 дБ соответствует удвоению мощности, на 6 дБ — учетверению, и так далее.
   Это напоминает легенду про изобретателя шахмат, который попросил у раджи за первую клетку доски одно зерно, а за каждую последующую — в два раза больше зерен, чем за предыдущую. Легкомысленный раджа не смог выполнить обещание: такого количества зерен не было на всей Земле… Мы в более выгодном положении: увеличение уровня на 18 дБ увеличит мощность сигнала «всего» в 64 раза. В нашем случае в наличии 300 Вт, но не каждый усилитель может похвастаться таким запасом.
   Далее сигнал можно подать на усилитель мощности непосредственно, или выделить фильтрами необходимую полосу частот. Кроссоверная часть состоит из двух независимых фильтров. ФНЧ перестраивается в диапазоне 40-120 Гц и предназначен для работы исключительно с сабвуфером. Диапазон перестройки ФВЧ заметно шире: от 150 Гц до 1,5 кГц. В таком виде его можно использовать для работы с широкополосным фронтом или для полосы СЧ-ВЧ в системе с поканальным усилением. Пределы перестройки, кстати, выбраны неспроста: в диапазоне от 120 до 150 Гц получается «дырка», в которой можно спрятать акустический резонанс салона. Примечательно и то, что бас-бустер не отключается ни в одном из режимов. Использование этого каскада одновременно с ФВЧ позволяет корректировать АЧХ в области резонанса салона не хуже, чем эквалайзером.
   Последний каскад — с секретом. Его задача — инвертировать сигнал в одном из каналов. Это позволит без дополнительных устройств использовать усилитель в мостовом включении.
   Конструктивно кроссовер выполнен на отдельной печатной плате, которая стыкуется с платой усилителя при помощи разъема. Такое решение позволяет для всей линейки усилителей использовать всего два варианта кроссовера: двухканальный и четырехканальный. Последний, кстати, является просто «удвоенным» вариантом двухканального и его секции полностью независимы. Основное отличие — изменившаяся разводка печатной платы.

Усилитель мощности

Усилитель мощности Ланзар выполнен по типовой для современных конструкций схеме, приведенной на рисунке 2. С незначительными вариациями ее можно встретить в большинстве усилителей средней и нижней ценовой категории. Отличие только в типах примененных деталей, количестве выходных транзисторов и напряжении питания. Приведена схема правого канала усилителя. Схема левого канала точно такая же, только номера деталей начинаются на единичку вместо двойки.

    На входе усилителя установлен фильтр R242-R243-C241, устраняющий радиочастотные наводки от блока питания. Конденсатор C240 не попускает на вход усилителя мощности постоянную составляющую сигнала. На АЧХ усилителя в звуковом диапазоне частот эти цепи не влияют.
       Чтобы избежать щелчков в моменты включения и выключения, вход усилителя замыкается на общий провод транзисторным ключом (этот узел рассмотрен далее, вместе с блоком питания). Резистор R11A исключает возможность самовозбуждения усилителя при замкнутом входе.
       Схема усилителя полностью симметрична от входа до выхода. Двойной дифференциальный каскад (Q201-Q204) на входе и каскад на транзисторах Q205,Q206 обеспечивают усиление по напряжению, остальные каскады — усиление по току. Каскад на транзисторе Q207 стабилизирует ток покоя усилителя. Чтобы устранить его «несимметричность» на высоких частотах, он зашунтирован майларовым конденсатором C253.
       Каскад драйвера на транзисторах Q208,Q209, как и положено предварительному каскаду, работает в классе A. К его выходу подключена «плавающая» нагрузка — резистор R263, с которого снимается сигнал для возбуждения транзисторов выходного каскада.
       В выходном каскаде использовано две пары транзисторов, что позволило снимать с него 300 Вт номинальной мощности и до 600 Вт пиковой. Резисторы в цепях базы и эмиттера устраняют последствия технологического разброса характеристик транзисторов. Кроме того, резисторы в цепи эмиттера служат датчиками тока для системы защиты от перегрузок. Она выполнена на транзисторе Q230 и контролирует ток каждого из четырех транзисторов выходного каскада. При увеличении тока через отдельный транзистор до 6 А или тока всего выходного каскада до 20 А транзистор открывается, выдавая команду на схему блокировки преобразователя напряжения питания.
       Коэффициент усиления задается цепью отрицательной обратной связи R280-R258-C250 и равен 16. Корректирующие конденсаторы C251, C252, C280 обеспечивают устойчивость усилителя, охваченного ООС. Включенная на выходе цепь R249,C249 компенсирует рост импеданса нагрузки на ультразвуковых частотах и также препятствует самовозбуждению. В звуковых цепях усилителя использованы всего два электролитических неполярных конденсатора: C240 на входе и C250 в цепи ООС. Ввиду большой емкости заменить их конденсаторами других типов крайне сложно.

Блок питания Блок питания высокой мощности выполнен на полевых транзисторах.

Особенность блока питания — отдельные выходные каскады преобразователя для питания усилителей мощности левого и правого каналов. Такая структура характерна для усилителей повышенной мощности и позволяет уменьшить переходные помехи между каналами. Для каждого преобразователя предусмотрен отдельный LC-фильтр в цепи питания (рисунок 3). Диоды D501,D501A защищают усилитель от ошибочного включения в неправильной полярности.

В каждом преобразователе использовано три пары полевых транзисторов и трансформатор, намотанный на ферритовом кольце. Выходное напряжение преобразователей выпрямляется диодными сборками D511,D512,D514,D515 и сглаживается фильтрующими конденсаторами емкостью 3300 мкФ. Выходное напряжение преобразователя не стабилизировано, поэтому мощность усилителя зависит от напряжения бортовой сети. Из отрицательного напряжения правого и положительного напряжения левого канала параметрические стабилизаторы формируют напряжения +15 и -15 вольт для питания кроссовера и дифференциальных каскадов усилителей мощности.
        В задающем генераторе использована микросхема KIA494 (TL494). Транзисторы Q503,Q504 умощняют выход микросхемы и ускоряют закрывание ключевых транзисторов выходного каскада. Напряжение питания подано на задающий генератор постоянно, управление включением производится непосредственно от цепи Remote источника сигнала. Такое решение упрощает конструкцию, но в выключенном состоянии усилитель потребляет незначительный ток покоя (несколько миллиампер).
        Устройство защиты выполнено на микросхеме KIA358S, содержащей два компаратора. Напряжение питяния подается на нее непосредственно от цепи Remote источника сигнала. Резисторы R518-R519-R520 и термодатчик образуют мост, сигнал с которого подан на один из компараторов. На другой компаратор через формирователь на транзисторе Q501 подается сигнал от датчика перегрузки.
        При перегреве усилителя на выводе 2 микросхемы появляется высокий уровень напряжения, такой же уровень возникает выводе 8 при перегрузке усилителя. В любом из аварийных случаев сигналы с выхода компараторов через диодную схему ИЛИ (D505,D506,R603) блокируют работу задающего генератора по выводу 16. Восстановление работы происходит после устранения причин перегрузки или охлаждения усилителя ниже порога срабатывания термодатчика.
        Оригинально выполнен индикатор перегрузки: светодиод включен между источником напряжения +15 В и напряжением бортовой сети. При нормальной работе напряжение приложено к светодиоду в обратной полярности и он не светится. При блокировке преобразователя напряжение +15 В пропадает, светодиод индикатора перегрузки оказывается включенным между источником бортового напряжения и общим проводом в прямом направлении и начинает светиться.
        На транзисторах Q504,Q93,Q94 выполнено устройство блокировки входа усилителя мощности на время переходных процессов при включении и выключении. При включении усилителя конденсатор C514 медленно заряжается, транзистор Q504 в это время находится в открытом состоянии. Сигнал с коллектора этого транзистора открывает ключи Q94,Q95. После зарядки конденсатора транзистор Q504 закрывается, а напряжение -15 В с выхода блока питания надежно блокирует ключи. При выключении усилителя транзистор Q504 мгновенно открывается через диод D509, конденсатор быстро разряжается и процесс повторяется в обратном порядке.

Конструкция

Усилитель смонтирован на двух печатных платах. На одной из них находятся усилитель и преобразователь напряжения, на другой — элементы кроссовера и индикаторы включения и перегрузки (на схемах не показаны). Платы выполнены из высококачественного стеклотекстолита с защитным покрытием дорожек и смонтированы в корпусе из алюминиевого профиля П-образного сечения. Мощные транзисторы усилителя и блока питания прижаты накладками к боковым полкам корпуса. Снаружи к боковинам прикреплены профилированные радиаторы. Передняя и задняя панели усилителя выполнены из анодированного алюминиевого профиля. Вся конструкция крепится винтами-саморезами с головками под шестигранник. Вот, собственно, и все — остальное видно на фотографиях.

Как видно из статьи оригинальный усилитель ЛАНЗАР и сам по себе довольно не дурен, но хотелось лучше…
Полез по форумам, конечно же на Вегалаб, но особой подержки не нашел — отклинулся всего один человек. Возможно оно и к лучшему — нет кучи соавторов. Ну а в общем то днем рожденья Ланзара можно считать именно это обращение — на момент написания комента плата уже была вытравлена и запаяна почти полностью.

Так что Ланзару уже десять лет. ..
После нескольки месяцев экспериментов на свет появился первый вариант данного усилителя, названного «ЛАНЗАРОМ», хотя конечно было бы справедливей назвать его «ПИПИАЙ» — началось то все именно с него. Однако слово ЛАНЗАР звучит гораздо приятней для уха.
Если кто-то ВДРУГ сочтет название попыткой сыграть на брендовом имени, то смею его заверить — ни чего подобного в мыслях не было и усилитель мог получить абсолютно любое название. Однако ЛАНАЗРОМ он стал в честь фирмы LANZAR, поскольку именно эта автомобильная аппаратура попадает в тот небольшой список, кого лично уважает колектив, трудившийся над доводкой данного усилителя.
Широкий диапазон питающих напряжений делает возможным построение усилителя мощностью от 50 до 350 Вт, причем при мощностях до 300 Вт у УМЗЧ коф. нелинейных искажения не превышает 0,08% во всем звуковом диапазоне, что позволяет отнести усилитель к разряду Hi-Fi.
На рисунке приведен внешний вид усилителя.
Схема усилителя полностью симметрична от входа до выхода. Двойной дифференциальный каскад (VT1-VT4) на входе и каскад на транзисторах VT5, VT6 обеспечивают усиление по напряжению, остальные каскады — усиление по току. Каскад на транзисторе VT7 стабилизирует ток покоя усилителя. Чтобы устранить его «несимметричность» на высоких частотах, он зашунтирован конденсатором C12.
Каскад драйвера на транзисторах VT8, VT9, как и положено предварительному каскаду, работает в классе A. К его выходу подключена «плавающая» нагрузка — резистор R21, с которого снимается сигнал для возбуждения транзисторов выходного каскада. В выходном каскаде использовано две пары транзисторов, что позволило снимать с него до 300 Вт номинальной мощности. Резисторы в цепях базы и эмиттера устраняют последствия технологического разброса характеристик транзисторов, что позволило отказаться от подбора транзисторов по параметрам.
Напоминаем, что при использовании транзисторов одной партии разброс по параметрам между транзисторами не превышает 2% — это данные завода-изготовителя. Реально крайне редко праметры выходят из трех процентной зоны. В усилителе используются только «одно партийные» оконечные транзисторы, что совместно с балансынми резисторами позволило максимально выровнять режимы работы транзисторов между собой. Однако, если усилитель делается для себя любимого, то будет не бесполезным собрасть проверочный стенд, приведенный в конце ЭТОЙ СТАТЬИ.
Относительно схемотехники остается лишь добавить, что подобное схемотехническое решение дает еще один плюс — полная симметрия избавляет от переходных процессов в оконечном каскаде (!), т.е. в момент включения на выходе усилителя отсутсвуют какие бы то ни было выбросы, характерные большинству дискретных усилителей.

Рисунок 1 — принципиальная схема усилителя ЛАНЗАР. УВЕЛИЧИТЬ.

Рисунок 2 — внешний вид усилителя ЛАНЗАР V1.

Рисунок 3- внешний вид усилителя ЛАНЗАР МИНИ

Принципиальная схема мощного эстрадного усилителя мощности 200 Вт 300 Вт 400 Вт умзч на транзисторах высокого качества Hi-Fi УМЗЧ

Техническе характеристики усилителя мощности:

ПАРАМЕТР	НА НАГРУЗКУ
ПАРАМЕТР	8 Ом	4 Ома	2 Ома (мост на 4 Ома)
Максимальное напряжение питания, ± В	±65 В	±60 В	±40 В
Максимальная выходная мощность, Вт при искажениях до 1% и напряжении питания:
±30 В	40	85	170
±35 В	60	120	240
±40 В	80	160	320
±45 В	105	210
±50 В	135	270
±55 В	160	320
±60 В	200	390
±65 В	240
Коф усиления, дБ	24
Не линейные искажения при 2/3 от максимальной мощности, %	0,04%
Скорость нарастания выходного сигнала, не менее В/мкС	50
Входное сопротивление, кОм	22
Отношение сигнал/шум, не менее, дБ	90

Как видно из характеристик — усилитель Ланзар очень универсален и может с успехом использоваться в любых усилителях мощности, где требуются хорошие характеристики УМЗЧ и высокая выходная мощность.
Режимы работы были несколько откорректированы, что потребовалось устанавить радиатор на транзисторы VT5-VT6. Как это сделать показано на рисунке 3, пояснений пожалуй не требуется. Подобное изменение существенно снизило уровень искажений по сравнению с оригинальной схемой и сделало усилитель менее капризным к напряжению питания.
На рисунке 4 приведен чертеж расположения деталей на печатной плате и схема подключения.

Рисунок 4

Можно конечно довольно долго расхваливать этот усилитель, однако самохвальством как то не скромно заниматься. Поэтому мы решили посмотреть отзывы тех, кто слышал как это работает. Искать долго не пришлось — на форуме Паяльника это усилитель уже давно обсуждают, так что смотрите сами:

Самый первый отзыв, потом еще, и еще, и еще, и еще, и еще, и еще, и еще, и еще, и даже тут. ..

Были конечно и отрицательные, но первый от неправильно собранного усилителя, второй от не доведенного варианта на отечественной комплектации…
Довольно часто задают вопросы как звучит усилитель. Надеемся, что не надо напоминать, что на вкус и цвет товарищей нет. Поэтому, чтобы не навязывать Вам своего мнения мы не будем отвечать на этот вопрос. Отметим одно — усилитель действительно звучит. Звук приятный, не навязчивый, детализация хорошая, при хорошем источнике сигнала.

Усилитель мощности звуковой частоты УМ ЛАНЗАР на базе мощных биполярных транзисторов позволит Вам за короткий промежуток веремени собрать очень высококачественный усилитель звуковой частоты.
Конструктивно плата усилителя выполнена в монофоническом варианте. Однако ни что не мешает приобрести 2 платы усилителя для сборки стереофонического УМЗЧ или же 5 — для сборки усилителя 5.1, хотя конечно высокая выходная мощность больше импонирует сабвуферу, но для сабвуфера он слишком хорошо играет…
Учитывая то, что плата уже запаяна и проверена Вам остается только закрепить транзисторы на теплоотводе, подать питание и отрегулировать ток покоя, в соответствии с Вашим напряжением питания.
Сравнительно низкая цена уже готовой платы усилителя мощности на 350 Вт Вас приятно удивит.
Усилитель мощности УМ ЛАНЗАР хорошо зарекомендовал себя как в автомобильной аппаратуре, так и в стационарной. Особенно популярен среди небольших самодеятельных музыкальных коллективов не обремененных большими финансами и позволяет наращивать мощность постепенно — пара усилителей + пара акустических систем. Чуть позже еще раз пара усилителей + пара акустических систем и уже выигрыш не только по мощности, но и по звуковому давлению, что так же создает эфект дополнительной мощности. Еще позже УМ ХОЛТОН 800 под сабвуфер и перевод усилителей на СЧ-ВЧ звено и в результате уже в сумме 2 кВт ОЧЕНЬ приятного звука, что вполне достаточно для любого актового зала…

Лентяйка для тех кому лень считать R3, R6:

Питание ±70 В — 3,3 кОм…3,9 кОм
Питание ±60 В — 2,7 кОм…3,3 кОм
Питание ±50 В — 2,2 кОм…2,7 кОм
Питание ±40 В — 1,5 кОм…2,2 кОм
Питание ±30 В — 1,0 кОм…1,5 кОм
Питание ±20 В — СМЕНИТЕ УСИЛИТЕЛЬ

Разумеется, что ВСЕ резисторы 1 Вт, стабилитроны на 15V желательно 1. 3 Вт

По нагреву VT5, V6 — в этом случае можно увеличить радиаторы на них или увеличить их эммитерные резисторы с 10 до 20 Ом.

Про конденсаторы фильтра питания усилителя ЛАНЗАР:
При мощности трансформатора 0,4…0,6 от мощности усилителя в плечо 22000…33000 мкФ, емкости в питании УНа (про которые почему то забыли) увеличить до 1000 мкФ
При мощности трансформатора 0,6…0,8 от мощности усилителя в плечо 15000…22000 мкФ, емкости в питании УНа 470…1000 мкФ
При мощности трансформатора 0,8…1 от мощности усилителя в плечо 10000…15000 мкФ, емкости в питании УНа 470 мкФ.
Указанных номиналов вполне достаточно для качественного воспроизведения любых музыкальных фрагментов.

Поскольку данный усилитель пользуется довольно большой популярностью и довольно часто приходят вопросы о его самостоятельном изготовлении были написаны следущие статьи:
Усилители на транзисторах. Основы схемотехнки
Усилители на транзисторах. Построение симметричного усилителя
Тюнинг Ланзара и изменение схемотехники
Наладка усилителя мощности ЛАНЗАР
Увеличение надежности усилителей мощности на примере усилителя ЛАНЗАР
Предпоследняя статья довольно интенсивно использует результаты измерений параметров при помощи симулятора МИКРОКАП-8. Как пользоваться этой программой подробно описано в трилогии статей:
АМПовичок. ДЕТСКИЙ
АМПовичок. ЮНОШЕСКИЙ
АМПовичок. ВЗРОСЛЫЙ

Ну и на последок хотелось бы привести впечатления одного из поклоников данной схемы, собравшего данный усилитель самостоятельно:
Усилитель звучит очень хорошо, высокий демпинг фактор представляет совсем другой уровень воспроизведения НЧ, а высокая скорость нарастания сигнала отлично справляется с воспроизведением даже самых мельчайших звуков в ВЧ и СЧ диапазоне.
О прелестях звучания говорить можно очень много, но главное достоинство этого усилителя в том, что он не вносит ни какой окраски в звучание-он нейтральный в этом плане, и только повторяет и усиливает сигнал от источника звука.
Многие кто слышали как звучит этом усилитель(собранный по этой схеме) давали самую высокую оценку его звучанию, в качестве домашнего усилителя для высококачественных АС, а выносливость в *приближенным к военным действиям* условиям даёт шанс использовать его профессионально для озвучивания различных мероприятий на открытом воздухе, а так же в залах.
Для простого сравнения приведу пример который будет наиболее актуален среди радиолюбителей, а так же среди уже *искушенных хорошим звуком*
в музыкальной фонограмме Gregorian-Moment of Peace хор монахов настолько реалистично звучит, что кажется будто звук проходит насквозь, а женский вокал звучит так, как будто певица стоит прямо перед слушателем.
При использовании АС проверенных временем таких как 35ас012 и им подобным АС получают новое дыхание и даже на максимальной громкости звучат так же отчётливо .
К примеру для любителей громкой музыки,при прослушивании музыкального трека Korn ft. Skrillex — Get Up
Колонки с уверенностью и без заметных искажений смогли отыграть все сложные моменты.
Как противоположность этому усилителю был взят усилитель на ТДА7294 который уже на мощности менее 70вт на 1канал смог перегрузить 35ас012 так, что было отчётливо слышно как катушка НЧ динамика бьётся о керн, что чревато поломкой динамика и как следствие убыткам.
Чего нельзя сказать о усилителе *ЛАНЗАР* — даже при подводимой к этим колонкам мощности около 150Вт колонки продолжали отлично работать, а НЧ динамик был настолько хорошо управляем, что никаких посторонних звуков просто не было.
В музыкальной композиции Evanescence — What You Want
Сцена настолько проработана, что слышны даже удары барабанных палочек друг о друга А в композиции Evanescence — Lithium Official Music Video
Партия скипки сменяется электрогитарой, так что просто начинают шевелится волосы на голове, ведь ни какой *затянустости* звучания попросту нет, а быстрые переходы воспринимаются как будто перед Вами проносится болит формузы 1, одно мгновение и ВЫ погружаетесь в новый мир. Не за быв о вокале который на протяжении всей композиции вносит обобщённость к этим переходам, придавая гармоничность .
В композиции Nightwish — Nemo
Ударные звучат как выстрелы, чётко и без рамытия, а раскаты грома в начале композиции просто заставляют оглядется по сторонам.
В композиции Armin van Buuren ft. Sharon den Adel — In and Out of Love
Мы снова погружаемся в мир звуков которые пронизывают нас насквозь давая ощущение присутсвия (и это без каких либо эквалайзеров и дополнительных расшерений стереобазы)
В композиции Johnny Cash Hurt
Мы снова погружаемся в мир гармоничного звучания, а вокал и гитара звучат настолько отчётливо, что даже наростающий темп исполнения воспринимается так, как будто мы сидим за рулём мощного автомобиля и жмём педаль газа в пол, при этом не отпускаем а жмём всё сильнее.
При хорошем источнике звукового сигнала и хорошей акустике усилитель вообще *не напрягает* даже на самой высокой громкости.
Как то был у меня в гостях приятель и захотелось ему послушать на что способен этот усилитель, поставив трек в формате ААС Eagles — Hotel California он выкрутил на всю громкость, при этом со стола начали падать инструменты, грудная клетка ощущала как будто хорошо поставленые удары боксёра, стёкла позванивали в стенке, а нам было вполне комфортно слушать музыку, при этом помещение было 14.5м2 с потолком 2.4м.
Поставили ed_solo-age_of_dub , стекла в двух дверках треснули, звук ощущался всем телом, но голова не болела.

Плата, на базе которой делалось видео в формате LAY-5 ТУТ.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСЛИТЕЛЯ ЛАНЗАР МИНИ

Если собрать два усилка ЛАНЗАР, можно ли их мостом включить?
Можно конечно, но для начала немного лирики:
Для типового усилителя выходная мощность зависит от напряжения питания и сопротивления нагрузки. Поскольку сопотивление нагрузки у нас известно, и источники питания мы уже имеем, то сколько взять пар выходных транзисторов осталось выяснить.
Теоритически суммарная выходная мощность переменного напряжения складывается из мощности отдаваемой выходным каскадом, который состоит из двух транзисторов — один n-p-n, второй p-n-p, следовательно каждый транзистор нагружен на половину суммарной мощности. Для сладкой парочки 2SA1943 и 2SC5200 тепловая мощность составляет 150 Вт, следовательно исходя приведенного выше умозаключения с одной пары выходников можно снимать 300 Вт.
Но вот только практика показывает что в таком режиме кристал просто не успевает отдавать тепло в радиатор и тепловой пробой гарантирован, ведь транзисторы надо изолировать, а изоляционные прокладки, какими бы тонким они не были, все равно увеличивают тепловое сопротивление, да и поверхность радиатора вряд ли кто полирует до микронной точности…
Так что для нормально работы, для нормальной надежности довольно многие приняли несколько друие формулы расчета требуемого количества выходных транзисторов — выходная мощность усилителя не должна привышать тепловой мощности одного транзистора, а не суммарной мощности пары. Другими словами — если каждый танзистор выходного каскада может рассеить по 150 Вт, то выходная мощность усилителя не должна превышать 150 Вт, если выходных транзисторов две пары, то выходная мощность не должна привышать 300Вт, если три — 450, если четыре — 600.

Ну а теперь вопрос — если типовой усилитель может выдать 300Вт и мы включим два таких усилка мостом, то что произойдет?
Правильно, выходная мощность увеличится примерно раза в два, а вот тепловая мощность рассеиваемая на транзисторах увеличится в 4 раза…
Вот и получается, что для постороения мостовой схемы потребуется уже не 2 пары выходников а 4 на каждой половинке мостового усилителя.
И тут же зададим себе вопрос — а надо ли загонять 8 пар дорогих транзисторов для получения 600 Вт, если можно обойтись четырмя парами просто увеличив напряжение питания?

Ну а там конечно дело хозяйское….
Ну и несколько вариантов ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ под данный усилитель будет не лишними. Есть и авторские варианты, есть взятые из интернета, поэтому плату лучше перепроверить — будет и тренировка для ума и меньше проблем во время регулировки собранного варианта. Некоторые варианты были исправлены, так что ошибок может и не быть, а может что то и ускользнуло…
Остался не освещенным еще один вопрос — сборка усилителя ЛАНЗАР на отечественной элементной базе.
Я конечно понимаю, что крабовые палочки делаются не из крабов, а из рыбы. Так же и Ланзар. Дело в том, что во всех попытках сборки на отечественных транзисторах используются самые ходовые — КТ815, КТ814, КТ816, КТ817, КТ818, КТ819. У этих транзисторов и коф усиления меньше и частота единичного усиления, так что именно Ланзаровского звучания Вы не услышите. Но всегда есть альтернатива. В свое время Болотников и Атаев предложили что то похожее по схемотехнике, причем тоже довольно не плохо звучащее:

Подробно о том, какой мощности нужен блок питания для усилителя мощности можно помотреть на видео ниже. Для примера взят усилитель STONECOLD, однако данный замер дает понимание тог, что мощность сетевого трансформатора может быть меньше мощности усилителя примерно на 30%.

В конце статьи хотелось бы отметить, что данному усилителю необходим ДВУПОЛЯРНЫЙ блок питания, поскольку выходное напряжение формируется из положительного плеча питания и отрицательного. Схема такого источника питания приведена ниже:

О габаритной мощности трансформатора выводы можно сделать просмотрев видео выше, а вот по остальным деталям сделаю не большое пояснение.
Вторичная обмотка должна быть намотана проводом, сечение котрого расчитано на габаритную мощность трансформатора плюс поправка на форму сердечника.
Например у нас два канала по 150 Вт, следовательно габаритная мощность трансформатора должна быть не менее 2/3 от мощности усилителя, т.е. при мощности усилителя 300 Вт мощность трансформатора должна быть равна как минимум 200 Вт. При питании ±40 В на нагрузку 4 Ома усилитель как раз развивает порядка 160 Вт на канал, следовательно протекающий по проводу ток имеет значение 200 Вт / 40 В = 5 А.
Если трансформатор имеет Ш-образную форму сердечника, то напряженность в проводе не стоит превышать 2,5 А на квадратный мм сечения — так меньше нагрев провода, да и падение напряжения меньше. Если сердечник тороидальный, то напряженность можно увеличить до 3…3,5 А на 1 квадратный мм сечения провода.
Исходя из выше сказанного для нашего примера вторичка должна быть намотана двумя проводами и начало одной обмотки соединено с концов второй обмотки (точка соединения отмечена красным). Диаметр провода равен D = 2 x √S/π.
При напряженности 2,5 А получаем диаметр 1,6 мм, при напряженности 3,5 А получаем диаметр 1,3 мм.
Диодный мост VD1-VD4 мало того, что должен спокойно выдерживать получившийся ток в 5 А, он должне выдерживать ток, который возникает в момент включения, когда необходимо зарядить конеднсаторы фильтра питания С3 и С4, а чем больше напряжение, чем больше емкость, тем выше значение этого стартового тока. Поэтому диоды должны быть как минимум на 15 Ампер для нашего примера, а в случае увеличения напряжения питания и использования усилителей с двумя парами транзисторов в оконечном каскаде нужны диоды на 30-40 ампер или система мягкого старта.
Емкость конденсаторов С3 и С4 исходя из Советской схемотехники 1000 мкФ на каждые 50 Вт мощности усилителя. Для нашего примера суммарная выходная мощнсоть составляет 300 Вт, это 6 раз по 50 Вт, следовательно емкость конденсаторов фильтра питания должна быть 6000 мкФ в плечо. Но 6000 не типовое значение, поэтому округляем до типового в большую сторону и получаем 6800 мкФ.
Откровенного говоря такие конденсаторы попадаются не часто, поэтому ставим в каждое плечо по 3 конденсатора на 2200 мкФ и получаем 6600 мкФ, что вполне приемлемо. Вопрос можно решить несколько проще — использовать по одному конденсатору на 10000 мкФ

Адрес администрации сайта: [email protected]

Микросхемы УМЗЧ для переносных компьютеров и игрушек — Компоненты и технологии

Усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ) для серийной аппаратуры, даже очень
мощные и качественные, в последнее время превратились в очень простые конструкции.
Они состоят из микросхемы УМЗЧ, которая, как правило, устанавливается на радиаторе,
и около десятка деталей внешней обвязки. Правда, микросхем этих очень много. Каковы
их особенности и отличия? На этот вопрос нельзя полноценно ответить в одной публикации.
Поэтому настоящая статья посвящена только нескольким микросхемам, производимым
компаниями Analog Devices и Maxim, маломощным и малогабаритным.

Удивительно, но большая часть публикаций
по микросхемам УМЗЧ касается мощных
и очень мощных усилителей. Каким-то образом вне рассмотрения оказались микросхемы, широко используемые в малогабаритной и миниатюрной аппаратуре. Одна из особенностей этих микросхем — это малые размеры. К аппаратуре, в которой
применяются подобные УМЗЧ, можно отнести переносные компьютеры, коммуникаторы, радиотеле-
фоны, схемы громкоговорящей телефонии и селекторной связи, электронные словари и органайзеры,
музыкальные, говорящие игрушки и игры (в том числе карманные). Этот перечень можно продолжать
до бесконечности. Попробуем заполнить образовавшуюся информационную нишу, рассмотрев в этой
статье четыре микросхемы УМЗЧ, разработанные
и произведенные фирмами Analog Devices и Maxim.

Часть упомянутой выше аппаратуры питается низким напряжением 3–5 В и даже менее. Кроме того,
в большинстве из этих устройств используются химические источники питания. Поэтому к УМЗЧ, применяемых в этих устройствах, предъявляются повы-

шенные требования по экономичности. Для полноценного использования низковольтного источника
питания в микросхемах УМЗЧ для перечисленных
применений очень часто используются выходные каскады с мостовым выходом.

Основные принципы работы УМЗЧ с мостовым выходом

Такое устройство содержит два выходных усилителя (канала), сигналы на выходах которых имеют
одинаковый размах, но противоположные фазы.
Громкоговоритель включается между выходами этих каналов. На рис. 1 показаны две наиболее распространенные схемы управления мостового УМЗЧ — параллельная (рис. 1а) и последовательная (рис. 1б).

Рис. 1. Упрощенные схемы УМЗЧ с мостовым выходом

Одним из достоинств мостового УМЗЧ является
отсутствие разделительного конденсатора на выходе. Еще одна особенность, которая называется railtorail («от шины до шины»). Смысл ее в том, что при
напряжении питания U максимальный размах выходного сигнала на каждом из выходов может достигать U (от шины «земля» до шины напряжения питания), а на мостовом выходе— 2U (без
учета небольших падений напряжения на выходных транзисторах в режиме насыщения). Для уменьшения этих падений напряжения в выходных каскадах микросхем УМЗЧ
применяют МДП-транзисторы с очень малым сопротивлением канала при открытии таких транзисторов до насыщения.

При параллельном управлении (рис. 1а)
один канал представляет собой инвертирующий усилитель, а другой — неинвертирующий. В мостовом УМЗЧ с последовательным
(рис. 1б) управлением оба канала являются инвертирующими усилителями. Такие усилители в англоязычной технической документации иногда называют Master-Slave (дословный
перевод — «хозяин-раб», однако в технической литературе используется термин «ведущий-ведомый»). В этой схеме (см. рис. 1б) сигнал на второй канал поступает с выхода первого через делитель (R1, R2), с помощью
которого выравнивается размах инверсного сигнала на входе канала 2 относительно сигнала на входе канала 1, а значит, обеспечивается равенство размахов противофазных сигналов на выходах УМЗЧ, между которыми
подключен громкоговоритель.

Микросхема УМЗЧ SSM2211 фирмы Analog Devices

Микросхема SSM2211 фирмы Analog Devices — это высококачественный УМЗЧ с мостовым выходом и плавным (без щелчка)
включением и выключением. Микросхема способна развивать мощность 1 Вт на нагрузке сопротивлением 8 Ом или 1,5 Вт на нагрузке
в 4 Ом. Диапазон рабочих температур — от –20 до +85 °C. Эта микросхема питается от одиночного источника питания +2,7… +5,5 В, но при
этом сохраняет работоспособность при снижении напряжения до 1,75 В. При выходной мощности 1 Вт коэффициент нелинейных искажений (THD) не превышает 0,2%, а полоса
рабочих частот составляет 4 МГц. Микросхема изготавливается в одном из двух 8-выводных корпусов: SOIC (SSM2211S) для поверхностного монтажа или PDIP (SSM2211P). Максимальные размеры микросхемы SSM2211S—
4x5x1,75 мм, а SSM2211P — 7,11×10,92×4,95 мм.

Рис. 2. Функциональная схема микросхемы SSM2211 фирмы Analog Devices

Функциональная схема SSM2211 показана
на рис. 2, а расположение выводов— на рис. 3
(масштаб здесь и ниже не соблюдается).
Назначение выводов микросхемы SSM2211 сведено в табл. 1.

Таблица 1. Назначение выводов микросхемы SSM2211 фирмы Analog Devices

Рис. 3. Расположение выводов микросхемы SSM2211 фирмы Analog Devices

Из рис. 2 видно, что в микросхеме используется последовательное управление каналами. Микросхема SSM2211 имеет дифференциальный вход (выводы 3 и 4) и мостовой выход
(выводы 5 и 8). К выводу 2 подключается внешний конденсатор, которым заземляется по переменной составляющей неинвертирующий вход второго канала. Внутренние резисторы, подключенные к этим выводам, — это
делитель начального смещения неинвертирующего входа второго канала. Два других внутренних резистора — это цепь ООС, определяющая коэффициент усиления канала 2,
а значит, выравнивающая размах выходного сигнала на выводе 8 с размахом сигнала на выводе 5. При подаче низкого потенциала (до 1 В) на вывод 1 (SHUTDOWN) выходные каскады
канала 2 плавно запираются и потребление микросхемы значительно снижается. При высоком уровне управляющего напряжения (более 1,7 В) на этом выводе схема управления напряжением смещения на работу микросхемы не влияет. Типовая схема включения
микросхемы SSM2211 показана на рис. 4.

Рис. 4. Типовое включение микросхемы SSM2211

Конденсатор CS блокирует источник питания по переменной составляющей тока микросхемы. В качестве этого конденсатора, как
правило, используется конденсатор фильтра питания всего устройства. Конденсатор CC— разделительный, а CB блокирует неинвертирующие входы обоих каналов мостового усилителя. Благодаря внешнему соединению неинвертирующих входов (выводы 2 и 3) схема
управления смещением управляет включением и выключением обоих каналов. Обратная связь через RF, а также ограничивающий резистор RI задают коэффициент усиления
УМЗЧ по напряжению, определить который можно по формуле:

На рис. 5 показано, как можно подключить к микросхеме SSM2211. В этой схеме каждый
канал нагружен на свой громкоговоритель. Такое подключение громкоговорителей (один провод и шина корпус) в отличие от мостового (двухпроводного) включения называют однопроводным и сокращенно обозначают SE
(Single-Ended).

Если из схемы рис. 5 изъять один громкоговоритель, например BA1, что вполне допустимо, то коэффициент усиления УМЗЧ по напряжению будет вдвое меньше, чем при типовом включении, и определить его можно по
формуле:

Микросхема УМЗЧ SSM2250 фирмы Analog Devices

Микросхема SSM2250 фирмы Analog Devices
представляет собой стереофонический УМЗЧ,
основное применение которого— это звуковые карты различных компьютеров, включая
настольные. Главная особенность этой микросхемы — это наличие двух режимов работы: «стерео» (при работе на головные телефоны) и «моно» (при работе на внутренний громкоговоритель компьютера). В режиме «моно»
микросхема развивает мощность до 1,5 Вт
на нагрузке в 4 Ом, в режиме «стерео» —
до 250 мВт на головные телефоны (на нагрузке 32 Ом — номинальная мощность 2×90 мВт).
Сопротивление применяемых в схеме головных телефонов лежит в пределах от 32 до 600 Ом (оптимальное сопротивление 80 Ом). Диапазон рабочих температур —
от –40 до +85 °C.

Рис. 5. Подключение двух громкоговорителей к микросхеме SSM2211

Функциональная схема SSM2250 показана на рис. 6.

Внимательный читатель легко заметит, что включение двух верхних усилителей (каналов мостовой схемы) и схемы управления
смещением совпадает с функциональной схемой микросхемы SSM2211 (см. рис. 2). В этом устройстве добавлены схема переключения
режимов «моно» и «стерео» (для телефонов) и еще один усилитель, который используется в качестве усилителя правого канала для
головных телефонов. В режиме «моно» входы LEFT IN и RIGHT IN соединены внутренним ключом микросхемы, и ее работа не отличается от работы микросхемы SSM2211.
В режиме «стерео» ( для телефонов) этот ключ разомкнут, а усилитель с выходом BTL+ заперт, и в качестве стереоусилителя для головных телефонов используются верхний и нижний (см. функциональную схему)
усилители.

Микросхема изготавливается в одном из двух корпусов: MSOP, который имеет 10 выводов (SSM2250RM), или TSSOP с 14 выводами для поверхностного монтажа (SSM2250RU).
Расположение выводов этих микросхем показано на рис. 7, а назначение их — в табл. 2.

Таблица 2. Назначение выводов микросхем SSM2250RM в корпусе MSOP (10 выводов) и SSM2250RU в корпусе TSSOP (14 выводов)

Типовое включение микросхемы SSM2250RU
изображено на схеме рис. 8. На этой схеме так же, как и на функциональной схеме, в скобках указаны номера выводов микросхемы
SSM2250RM.

Рис. 7. Расположение выводов микросхем SSM2250 в разных корпусах

Назначение деталей: C1, C2, C4, C5 — разделительные конденсаторы; C3 — блокирует неинвертирующие входы обоих каналов мостового
усилителя; R1, R2 — ограничивающие резисторы; R3, R4 — резисторы ООС; резисторы R5, R6
работают в режиме «моно» в качестве эквивалентов нагрузки при отключенных головных телефонах; R7 — подтягивающий резистор, задает высокий уровень на выводе SE/BTL.

Переключение режимов «моно» и «стерео»
(для телефонов) осуществляется выключателем, который совмещен с гнездом подключения головных телефонов X1. В режиме «моно» контакты этого выключателя разомкнуты
и через резистор R7 на вывод SE/BTL подается высокий потенциал. При этом схема переключения режимов обеспечивает включение
среднего усилителя (по функциональной схеме рис. 6) и, если на выводе SHUTDOWN присутствует высокий потенциал, усилитель работает на громкоговоритель как усилитель
с мостовым выходом. В режиме «стерео» в гнездо X1 (см. рис. 6) вставлен штекер головных телефонов, и телефон левого канала шунтирует малым сопротивлением вывод
SHUTDOWN на корпус, уменьшая напряжение на этом выводе. При этом средний усилитель (по функциональной схеме) запирается, а верхний и нижний будут работать на головные телефоны.

Основные принципы работы УМЗЧ класса D

Наиболее радикальным способом повышения экономичности УМЗЧ является
использование режима работы класса

D. В этом режиме выходные транзисторы
могут находиться только в запертом или открытом до насыщения состоянии, то есть
работают в ключевом режиме. В режиме работы класса D входной аналоговый сигнал
звуковой частоты преобразуется в импульсы прямоугольной формы одинаковой амплитуды, длительность которых пропорциональна мгновенному значению входного
сигнала в момент выборки. Такое преобразование называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Усилители класса D имеют максимальный КПД, так как основные потери энергии на выходных мощных
ключах происходят только в момент переключения, при насыщении потери энергии минимальны и будут тем меньше, чем меньше сопротивление насыщенного ключа.
Обычные усилители класса D имеют КПД около 90% и достаточно большой коэффициент нелинейных искажений (до 10%), но применение новых технологий (ноу-хау производителей) позволяет снизить коэффициент нелинейных искажений до долей
процента.

Рис. 8. Типовое включение микросхемы SSM2250RU(RM)

Упрощенная принципиальная схема УМЗЧ класса D показана на рис. 9. Основой этого усилителя является обычный двухтактный бестрансформаторный
УМЗЧ с инвертирующим входом, который используется как широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Назначение деталей схемы: C1, C2, C4 — разделительные конденсаторы; C5— конденсатор фильтра питания; R1 — ограничивающий резистор; R2 — резистор ООС; L1, C3 — фильтр нижних частот.

Рис. 9. Упрощенная принципиальная схема УМЗЧ
класса D

На инвертирующий вход усилителя кроме сигнала звука поступает пилообразный (треугольный) сигнал с генератора. Частота работы этого генератора лежит обычно в пределах
200–600 кГц, но в некоторых случаях может быть уменьшена до 100 кГц или увеличена до 1,5 МГц. Размах «пилы» от генератора и коэффициент усиления УМЗЧ выбраны так, чтобы выходные транзисторы этого каскада открывались попеременно до насыщения при
переходе напряжения «пилы» через ноль. Эпюры напряжений, поясняющие работу этой схемы, показаны на рис. 10.

Рис. 10. Эпюры напряжений УМЗЧ класса D

До момента времени t1 (см. рис. 10) звуковой сигнал на входе отсутствует. «Пила» абсолютно симметрична, и на выходе (точка B рис. 9) образуются симметричные прямоугольные импульсы (меандр). Скважность
этих импульсов равна 2. При подаче на вход усилителя сигнала НЧ «пила» будет смещаться вверх или вниз. Изменятся моменты отпирания транзисторов, и, как следствие, будут меняться длительность выходных импульсов и пауза между ними (см. рис. 10).
Причем эти параметры будут изменяться по закону входного низкочастотного сигнала звука. Полученный импульсный сигнал с переменной скважностью называют, как мы
говорили выше, широтно-импульсным, или ШИМ-сигналом, а процесс его полученияширотно-импульсной модуляцией (ШИМ). ШИМ-сигнал содержит большую по амплитуде низкочастотную (звуковую) составляющую, по форме повторяющую модулирующий сигнал. Далее ШИМ-сигнал поступает на ФНЧ (L1, C3), который пропустит НЧ-составляющую на громкоговоритель и подавит
ВЧ-составляющие ШИМ-сигнала. За счет процесса заряда-разряда конденсатора ФНЧ переменное напряжение на громкоговорителе будет зубчатым, что можно увидеть на увеличенном фрагменте нижнего графика на рис. 10. Эта зубчатость уменьшается с увеличением частоты генератора ШИМ, а также при увеличении постоянной времени ФНЧ.

На выходе современных УМЗЧ класса D используются мощные ключи на МДП-транзисторах, которые отличаются быстродействием и низким сопротивлением канала в открытом состоянии, что позволяет получить
высокий КПД.

Таблица 3. Назначение выводов микросхем MAX4295 и MAX4297 фирмы Maxim

Микросхема УМЗЧ класса D MAX4295 фирмы Maxim

Микросхема MAX4295 фирмы Maxim — это высокоэкономичный монофонический УМЗЧ класса D с мостовым выходом и плавным включением и выключением (режим малого потребления). Микросхема способна
развивать мощность до 2 Вт на нагрузке сопротивлением 4 Ом при напряжении питания 5 В либо 0,7 Вт при напряжении питания В. Диапазон рабочих температур — от –40 до +85 °C. Микросхема питается от одиночного источника питания +2,7… +5,5 В. При
выходной мощности 2 Вт и сопротивлении нагрузки (громкоговорителя) 4 Ом КПД составляет 87%. Одна из особенностей этой микросхемы — возможность программно устанавливать частоту генератора пилообразного напряжения (125, 250, 500 или 1000 кГц).
Коэффициент нелинейных искажений (THD + N) не превышает 0,4%, при нагрузке 4 Ом и частоте ШИМ 125 кГц. Полоса рабочих частот составляет 1,5 МГц. Микросхема изготавливается в корпусе QSOP, который имеет
16 выводов. Функциональная схема микросхемы MAX4295 показана на рис. 11,

Рис.11. Функциональная схема микросхемы MAX429

а расположение выводов — на рис. 12.

Рис. 12. Расположение выводов микросхемы MAX4295 фирмы Maxim

Назначение выводов этой микросхемы дано в табл. 3.

Микросхема MAX4295 содержит предварительный усилитель (верхний слева, см. рис. 11),
5 фирмы Maxim,
схему управления питанием и схему защиты, генератор
импульсного напряжения, схему сравнения (компаратор) ШИМ, два канала усиления, каждый из которых состоит из предвыходного каскада и выходного двухтактного ключевого каскада на комплиментарных МДП-транзисторах. Кроме того,
навходе одного из этих каналов установлен инвертор. Напряжение питания на выходные каскады микросхемы поступает отдельно от напряжения питания остальной схемы. Частота работы генератора импульсного напряжения, то есть частота
ШИМ, определяется логическими уровнями на выводах FS1 и FS2 (см. табл. 4).

Таблица 4. Программирование частоты ШИМ

При подаче низкого уровня напряжения на вход плавного выключения SHDN микросхема плавно запирается, ток потребления снижается до 1,5 мкА и менее.

Типовое включение микросхемы MAX4295 изображено на рис. 13.

Рис. 13. Типовое включение микросхемы MAX4295

Рассмотрим назначение деталей этой схемы: C1 — разделительный конденсатор; C2, C3 — конденсаторы
фильтра питания; C4, C5 — конденсаторы фильтра питания выходных каскадов; C6 — конденсатор схемы плавного включения; R1— ограничивающий резистор; R2 — резистор ООС; L1, C7 и L2, C8 — фильтры нижних частот.

Особенности микросхемы УМЗЧ класса D MAX4297 фирмы Maxim

Микросхема MAX4297 фирмы Maxim — это высокоэкономичный стереофонический УМЗЧ класса D с мостовыми выходами
и плавным включением-выключением. Эта микросхема отличается от MAX4295 наличием второго мостового канала усиления класса D, включая компаратор ШИМ, но имеет общие каскады — генератор «пилы», схему управления питанием и схему защиты. Микросхема изготавливается в корпусе SSOP, который имеет 24 вывода. Расположение выводов
микросхемы MAX4297 изображено на рис. 14, а назначение выводов— в таблице 3.

Типовое включение микросхемы MAX4297
показано на рис. 15.

Рис. 14. Расположение выводов микросхемы MAX4297 фирмы Maxim

Типовое включение микросхемы MAX4297
показано на рис. 15.

Рис. 15. Типовое включение микросхемы MAX4297

Разобраться в назначении деталей этой схемы читатель может самостоятельно, сравнив
эту схему со схемой включения микросхемы MAX4295.

Дополнительную информацию о представленных в настоящей статье микросхемах можно найти на сайтах производителей:

http://www.analog.com
http://www.maxim-ic.com

Литература

Савельев. Е. Усилитель класса D для сабвуфера // Радио. 2003. № 5.
Дайджест «Новая техника и технология» //Радиохобби. 2001. № 2.
Колганов А. Автомобильный УМЗЧ с блоком питания // Радио. 2002. № 7.
Безверхний И. Современные микросхемы для УМЗЧ класса D фирмы MPS // Современная электроника. 2004. № 1.
Low Distortion 1.5 Watt Audio Power Amplifier SSM2211. Analog Devices.
Mono 1.5 W/Stereo 250 mW Power Amplifier SSM2250. Analog Devices.
Mono/Stereo 2W Switch-Mode (Class-D) Audio Power Amplifiers MAX4295/MAX4297. MAXIM.

Аудиоусилитель класса B | Аналоговые интегральные схемы

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

Четыре батареи по 6 В
Сдвоенный операционный усилитель, рекомендуется модель TL082 (каталог Radio Shack № 276-1715)
Один силовой транзистор NPN в корпусе TO-220 — (каталог Radio Shack № 276-2020 или аналог)
Один силовой транзистор PNP в корпусе TO-220 — (каталог Radio Shack № 276-2027 или аналог)
Один переключающий диод 1N914 (каталожный номер Radio Shack 276-1620)
Один конденсатор, электролитический 47 мкФ, 35 Вт постоянного тока (каталог Radio Shack № 272-1015 или аналог)
Два конденсатора, 0. 22 мкФ, неполяризованный (каталог Radio Shack № 272-1070)
Один потенциометр 10 кОм, линейный конус (каталог Radio Shack # 271-1715)

Обязательно используйте операционный усилитель с высокой скоростью нарастания . По этой причине избегайте LM741 или LM1458.

Чем ближе подходят два транзистора, тем лучше. Если возможно, попробуйте получить транзисторы TIP41 и TIP42, которые близко соответствуют силовым транзисторам NPN и PNP с номинальной мощностью рассеяния 65 Вт каждый.Если вы не можете получить транзистор TIP41 NPN, TIP3055 (доступный в Radio Shack) является хорошей заменой. Не используйте очень большие (например, корпус TO-3) силовые транзисторы, поскольку операционный усилитель может иметь проблемы с подачей достаточного тока на их базы для хорошей работы.

ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , том 3, глава 4: «Биполярные переходные транзисторы»

Уроки электрических цепей , том 3, глава 8: «Операционные усилители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Для иллюстрации того, как построить двухтактный усилитель класса B с использованием дополнительных биполярных транзисторов
Для иллюстрации эффектов «кроссоверного искажения» в схеме двухтактного усилителя.
Чтобы проиллюстрировать, как использовать отрицательную обратную связь через операционный усилитель для коррекции нелинейностей схемы

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Этот проект представляет собой усилитель звука, подходящий для усиления выходного сигнала небольшого радио, магнитофона, проигрывателя компакт-дисков или любого другого источника аудиосигналов.Для работы в стереофоническом режиме необходимо построить два идентичных усилителя: один для левого канала, а другой — для правого. Чтобы получить входной сигнал для усиления этого усилителя, просто подключите его к выходу радио или другого аудиоустройства, например:

Эта схема усилителя также хорошо работает при усилении аудиосигналов « линейного уровня » от высококачественных модульных стереокомпонентов. Он обеспечивает удивительное количество звуковой мощности при воспроизведении через большой динамик и, возможно, работает без радиаторов на транзисторах (хотя вам следует немного поэкспериментировать с ним, прежде чем отказаться от радиаторов, поскольку рассеиваемая мощность зависит от типа динамика. использовал).

Цель любой схемы усилителя — максимально точно воспроизвести форму входной волны. Конечно, идеальное воспроизведение невозможно, и любые различия между выходными и входными формами волн известны как искажение . В аудиоусилителе искажение может привести к наложению неприятных тонов на истинный звук. Существует множество различных конфигураций схем усилителя звука, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Эта конкретная схема называется «двухтактной схемой класса B» .

Большинство аудиоусилителей « power » используют конфигурацию класса B, где один транзистор обеспечивает питание нагрузки в течение одной половины цикла формы сигнала ( толкает ), а второй транзистор обеспечивает питание нагрузки для другой половины. цикла ( тянет ). В этой схеме ни один из транзисторов не остается « на » в течение всего цикла, давая каждому время на « покой, » и охлаждение во время цикла формы сигнала. Это делает схему усилителя энергоэффективной, но приводит к особому типу нелинейности, известному как «искажение кроссовера ».”

Здесь показана форма синусоидальной волны, эквивалентная постоянному звуковому тону постоянной громкости:

В схеме двухтактного усилителя два транзистора по очереди усиливают чередующиеся полупериоды сигнала следующим образом:

Если «передача » между двумя транзисторами точно не синхронизирована, форма выходного сигнала усилителя может выглядеть примерно так, вместо чистой синусоидальной волны:

Здесь искажение является результатом того факта, что существует задержка между моментом выключения одного транзистора и включением другого транзистора.Этот тип искажения, когда форма волны « сглаживает » в точке кроссовера между положительным и отрицательным полупериодами, называется искажением кроссовера . Одним из распространенных методов уменьшения перекрестных искажений является смещение транзисторов таким образом, чтобы их точки включения / выключения фактически перекрывались, так что оба транзистора находятся в состоянии проводимости на короткий момент в течение периода кроссовера:

Эта форма усиления технически известна как класс AB , а не класс B, потому что каждый транзистор находится в состоянии « на » более 50% времени в течение полного цикла формы сигнала.Однако недостатком этого является повышенное энергопотребление схемы усилителя, поскольку в моменты времени, когда оба транзистора являются проводящими, через транзисторы, проходящие через нагрузку , а не , проходит ток, а просто пропускается ток. «Закорочен» с одной шины питания на другую (с -V на + V).

Это не только пустая трата энергии, но и рассеивает больше тепловой энергии в транзисторах. При повышении температуры транзисторов их характеристики изменяются (V _— прямое падение напряжения, β, сопротивления переходов и т. Д.), что затрудняет правильное смещение.

В этом эксперименте транзисторы работают в режиме чистого класса B. То есть они никогда не проводят одновременно. Это экономит энергию и снижает тепловыделение, но допускает кроссоверные искажения. Решение, принятое в этой схеме, состоит в том, чтобы использовать операционный усилитель с отрицательной обратной связью для быстрого прохождения транзисторов через зону « dead », создавая искажение кроссовера и уменьшая величину « сглаживания » формы волны во время кроссовера.

Первый (крайний слева) операционный усилитель, показанный на принципиальной схеме, представляет собой не что иное, как буфер. Буфер помогает снизить нагрузку на сеть входного конденсатора / резистора, которая была помещена в схему, чтобы отфильтровать любое напряжение смещения постоянного тока из входного сигнала, предотвращая усиление постоянного напряжения схемой и отправку на динамик. где это может привести к повреждению.

Без буферного операционного усилителя схема фильтрации конденсатор / резистор уменьшает низкочастотную характеристику (« басов, ») усилителя и усиливает высокие частоты (« высоких частот, »).

Второй операционный усилитель работает как инвертирующий усилитель, усиление которого регулируется потенциометром 10 кОм. Это не что иное, как регулировка громкости усилителя. Обычно в инвертирующих схемах операционного усилителя резистор (ы) обратной связи подключен непосредственно от выходной клеммы операционного усилителя к инвертирующей входной клемме следующим образом:

Если бы мы использовали результирующий выходной сигнал для управления базовыми выводами пары двухтактных транзисторов, мы бы испытали значительные перекрестные искажения, потому что в работе транзисторов была бы зона « dead » как базовое напряжение пошло с +0.От 7 вольт до — 0,7 вольт:

Если вы уже построили схему усилителя в ее окончательном виде, вы можете упростить ее до этой формы и оценить разницу в качестве звука. Если вы еще не приступили к построению схемы, приведенная выше схематическая диаграмма будет хорошей отправной точкой. Он усилит звуковой сигнал, но будет ужасно звучать!

Причина кроссоверного искажения заключается в том, что выходной сигнал операционного усилителя находится между + 0.7 вольт и -0,7 вольт, ни один из транзисторов не будет проводить, и выходное напряжение динамика будет 0 вольт для всего диапазона 1,4 вольт размаха базового напряжения. Таким образом, в диапазоне входного сигнала есть «зона , зона », где не произойдет никаких изменений выходного напряжения динамика. Вот где в схему обычно вводятся сложные методы смещения, чтобы уменьшить этот 1,4-вольтовый «промежуток » в реакции входного сигнала транзистора. Обычно делается примерно так:

Два последовательно соединенных диода упадут примерно на 1.4 вольта, что эквивалентно объединенному V _{, составляет} прямых падений напряжения на двух транзисторах, что приводит к сценарию, в котором каждый транзистор находится на грани включения, когда входной сигнал равен нулю, что устраняет 1,4 вольта « мертвых ». Сигнальная зона, существовавшая раньше.

К сожалению, это решение не идеально: по мере того, как транзисторы нагреваются от передачи энергии к нагрузке, их прямое падение напряжения на их V _будет уменьшится с 0,7 В до чего-то меньшего, например 0.6 вольт или 0,5 вольт. Диоды, которые не подвергаются такому же нагреву, потому что они не проводят значительного тока, не будут испытывать такого же изменения прямого падения напряжения.

Таким образом, диоды будут продолжать обеспечивать то же напряжение смещения 1,4 В, даже если транзисторам требуется меньшее напряжение смещения из-за нагрева. В результате схема переходит в режим работы класса AB, где оба транзистора будут часть времени в состоянии проводимости.Это, конечно, приведет к большему рассеиванию тепла через транзисторы, что усугубит проблему прямого изменения падения напряжения.

Распространенным решением этой проблемы является установка термокомпенсационных резисторов « Feedback » в эмиттерных выводах двухтактной транзисторной схемы:

Это решение не предотвращает одновременное включение двух транзисторов, а просто снижает серьезность проблемы и предотвращает тепловой пробой. К сожалению, это также приводит к появлению сопротивления в цепи тока нагрузки, ограничивая выходной ток усилителя. Решение, которое я выбрал в этом эксперименте, основано на принципе отрицательной обратной связи операционного усилителя для преодоления ограничений, присущих выходной схеме двухтактного транзистора. Я использую один диод, чтобы обеспечить напряжение смещения 0,7 В для двухтактной пары. Этого недостаточно для устранения зоны сигнала « мертвый », но он уменьшает ее как минимум на 50%:

Поскольку падение напряжения на одном диоде всегда будет меньше, чем суммарное падение напряжения на переходах база-эмиттер двух транзисторов, транзисторы никогда не могут включиться одновременно, тем самым предотвращая работу класса AB.Затем, чтобы помочь избавиться от остающегося перекрестного искажения, сигнал обратной связи операционного усилителя берется с выходной клеммы усилителя (клеммы эмиттера транзисторов) следующим образом:

Функция операционного усилителя состоит в том, чтобы выводить любой сигнал напряжения, который он должен иметь, чтобы поддерживать одинаковое напряжение на двух входных клеммах (дифференциал 0 вольт). Подключив провод обратной связи к выводам эмиттера двухтактных транзисторов, операционный усилитель имеет возможность обнаруживать любую зону « dead », где ни один из транзисторов не проводит ток, и выводить соответствующий сигнал напряжения на базы транзисторов. чтобы быстро привести их в состояние проводимости снова, чтобы « поддерживать » с формой входного сигнала.

Для этого требуется операционный усилитель с высокой скоростью нарастания (способность производить быстро нарастающее или быстро падающее выходное напряжение), поэтому для этой схемы был выбран операционный усилитель TL082 . Более медленные операционные усилители, такие как LM741 или LM1458 , могут не справиться с высоким значением dv / dt (скорость изменения напряжения с течением времени, также известная как de / dt ), необходимого для работа с низким уровнем искажений.

В эту схему добавляется всего пара конденсаторов, чтобы привести ее в окончательную форму: конденсатор емкостью 47 мкФ, подключенный параллельно диоду, помогает сохранить 0. Постоянное напряжение смещения 7 В, несмотря на большие колебания напряжения на выходе операционного усилителя, а конденсатор 0,22 мкФ, подключенный между базой и эмиттером NPN-транзистора, помогает уменьшить перекрестные искажения при низких настройках громкости:

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Tales From the Chip: LM386 Audio Amplifier: 6 шагов (с изображениями)

Хорошим местом для начала является официальное техническое описание (PDF), где вы можете получить всю необходимую техническую информацию.Но я расскажу об основах здесь.

LM386 — это операционный усилитель , который был специально разработан для использования в аудиоприложениях … это означает, что его характеристики основаны на предположении, что это будут управляющие громкоговорители . По крайней мере, в какой-то момент. Однако он может, как и большинство других микросхем базового аудиоусилителя, также использоваться как обычный операционный усилитель.

По умолчанию имеет усиление , равное 20x — это означает, что он умножает напряжение, которое он получает на входе, в 20 раз, передавая его на выход.При необходимости значение усиления можно отрегулировать.

Контакты

1, 8 — Gain
Контакты 1 и 8 используются для регулировки уровня усиления по умолчанию 20x с использованием определенных значений подключенных конденсаторов.

2 — Отрицательный вход
3 — Положительный вход
Это стандартные входы операционного усилителя. Обычно в простой схеме LM386 отрицательный вход будет связан с землей, а положительный вход будет получать аудиосигнал от источника.

4 — GND

5 — Vout
Контакт 5 — это выход операционного усилителя, в нашем случае усиленный сигнал, который мы отправляем на динамик.

6 — VS
Вывод напряжения питания принимает мощность, необходимую для работы усилителя.

7 — Bypass
Этот вывод обеспечивает прямой доступ к входу сигнала, в основном используется для удаления шума источника питания (предотвращения усиления шума).

Технические характеристики

LM386N («N» обозначает предпочтительный DIP-пакет для наших целей) выпускается в 4 вариантах: LM386N-1, -2, -3 и -4. Версии «3» и «4» имеют немного более высокую выходную мощность, а версия «4» — в большей степени, учитывая ее способность обрабатывать большее входное напряжение (за счет более высоких требований к минимальному напряжению). В оставшейся части этой статьи я буду ссылаться на LM386N-1 , так как это чип, который у меня лежал, и он представляет собой самый простой из вариантов.

Напряжение питания (Vcc):
Для работы микросхемы требуется минимум 4 В, максимум — 12 В.

Сопротивление динамика:
LM386 в первую очередь был разработан для нагрузки динамика 4 Ом, но также рассчитан на нагрузки 8 Ом и 32 Ом.

Искажения:
В идеальных условиях общий коэффициент гармонических искажений (THD) 0,2% при подаче напряжения 6 В на динамик 8 Ом при низкой номинальной мощности и до ~ 10% THD ближе к максимальной мощности.

Выходная мощность:
В идеальных условиях вы можете ожидать около 700 мВт чистой выходной мощности, или 0.7Вт.

Схемы миниатюрных усилителей звука | Самодельные проекты схем

В этой статье мы обсуждаем несколько схем мини-аудиоусилителя, которые можно быстро построить для усиления очень крошечных входных сигналов на звуковые выходы динамиков.

1) Схема усилителя мощностью 1 Вт

Первая схема мини-аудиоусилителя работает с «дополнительным» выходным каскадом, имеющим один NPN и один силовой транзистор PNP, что позволяет избавиться от выходного трансформатора, обычно встречающегося в старых моделях усилителей.Выходная мощность составляет около 1 Вт с минимальными искажениями. Входной сигнал передается через регулятор громкости RV1, а затем через C1 на базу Q1.

Коллекторная нагрузка для Q1 состоит из R1, R5 вместе с громкоговорителем. Напряжение коллектора Q1 составляет около 50% от напряжения питания, то есть 4V5. Базы Q2 и Q3 также имеют такое же напряжение (в значительной степени), что и коллектор Q1, из-за того, что значение R1 очень маленькое (68R).

В пределах пересечения эмиттеров Q2, Q3 напряжение также может составлять почти 4V5, R3 и R4 и очень маломощные резисторы для управления током, проходящим через Q2 и Q3.Если усиленный входной сигнал составляет не более 4 В 5, Q2 отключается (поскольку база, вероятно, будет иметь пониженное напряжение по сравнению с его эмиттером), тем не менее Q3 может продолжать передавать сигнал.

Как только Q1 усиливает сигнал до 4V5, ситуация меняется на противоположную, Q2 включается, а Q3 выключается.

Сигналы микшируются на стыке общего эмиттера Q2 и Q3 и передаются в громкоговоритель с помощью большого электролитического конденсатора C2. Меньшее значение конденсатора C2 может вызвать слабое снижение частотной характеристики.

Отрицательная обратная связь обеспечивается резисторами R5 и R2, которые гарантируют стабильность за счет незначительного минимизации усиления. R1 включен, чтобы получить небольшое базовое смещение для Q2 и Q3; В гораздо более совершенных схемах используются термисторы или диоды для защиты от теплового разгона, который может повредить пару выходных транзисторов.

Отрицательным аспектом является связь транзистора по постоянному току, где, если один конкретный транзистор изменит свои характеристики, эффект может быть разрушительным! По этой причине пара выходных транзисторов должна быть правильно подобранной парой.Некоторые другие варианты могут быть протестированы при условии, что они также правильно сопоставлены с идентичным hFE.

2) Миниатюрный усилитель для слухового аппарата

Когда вы ищете дешевую и грязную схему мини-усилителя звука, вы, вероятно, можете протестировать это маленькое устройство. Среди множества других факторов его можно было бы приучить увеличить мощность наушников для людей с потерей слуха. Схема представляет собой простой двухтранзисторный усилитель звука. Первый транзистор, Q1, работает как базовый предусилитель со средним коэффициентом усиления, который получает свой сигнал от C1, действуя как блокиратор постоянного тока.

Транзистор Q1 усиливает сигнал и направляет его на C2. Затем этот транзистор} подает сигнал на Q2, который сконфигурирован как каскад усилителя мощности. Этот каскад еще больше усиливает сигнал, а C3 переключает его на динамик.

Возможно, вы обнаружите небольшое искажение, тем не менее, его можно минимизировать путем тестирования с различными значениями C5, поддерживая его в указанном диапазоне. Если это не работает должным образом, рассмотрите другие значения.Однако если подумать о том, как может различаться коэффициент усиления транзисторов, скорее всего, потребуется немало экспериментов, чтобы все вещи работали правильно.

3) Улучшенная схема миниатюрного усилителя слухового аппарата

4) Схема усилителя на половину Вт

Следующая схема миниатюрного усилителя звука, представленная здесь, довольно проста. Выходная мощность составляет около 250 мВт, что обычно достаточно для большинства приложений, и это не хуже любого типичного транзисторного радиоприемника.Величина искажений довольно высока, около 5%.

Этот небольшой усилитель умеренно чувствителен и может обеспечить 100% выходную мощность при входном сигнале приблизительно 50 мВ. Входное сопротивление составляет примерно 50 кОм. Встроен базовый регулятор тембра. Хотя на самом деле это не активный регулятор тембра, а скорее пассивный, эффект вполне адекватный. Центральный рычаг регулятора громкости прикреплен к базе Q1 через блокирующий конденсатор постоянного тока.

Схема работы

Q1 подключен как очень традиционный усилитель с общим эмиттером, вместе с R2, обеспечивающим базовое смещение, и R3, работающим как коллекторная нагрузка.Этот каскад напрямую связан со вторым транзистором типа PNP. Таким образом, ток, проходящий через Q1, смещает второй транзистор. При используемых значениях выход второго транзистора напрямую подключается к катушке громкоговорителя.

Это может показаться неразумной идеей, потому что ток в режиме ожидания в выходном транзисторе постоянно смещает катушку, иногда немного в сторону от ее типичного рабочего уровня. Тем не менее, если используется большой динамик, как и должно быть, это практически не оказывает никакого влияния, и поскольку мы не ожидаем хорошего качества звука Hi-Fi, это не имеет значения.

Регулятор тона

Регулятор тона включает в себя C2 и RV2, которые случайно соединены через коллектор / базу Q1. Когда для RV2 установлено высокое значение сопротивления, это практически не оказывает никакого влияния, но при установке на минимальный уровень 100 нФ вызывает обратную связь высоких частот, которые, как правило, не совпадают по фазе, что приводит к их полной отмене. Для правильной работы схемы необходимо тщательно определить R3.

Значение, указанное в этой статье, составляет 39 Ом, что является всего лишь средним диапазоном, и даже несмотря на то, что оно может хорошо работать для предварительной настройки, чтобы гарантировать работоспособность схемы, значение необходимо определить экспериментальным путем. Если он очень маленький, вы увидите сильные искажения на конфигурациях с большей громкостью.

Когда он слишком высок, потребление тока, вероятно, будет слишком большим, хотя качество вывода звука будет очень хорошим. Можно найти несколько способов подобрать значение. При отсутствии мультиметра значение должно определяться как наименьшее, подходящее для приличного качества.

Если есть доступ к мультиметру, его следует подключить последовательно с напряжением питания и выбрать R3, чтобы ток покоя усилителя, который является током, работающим при отсутствии входного сигнала, составлял около 20 мА. .

Очень важно, чтобы Q2 был установлен над радиатором, поскольку он может сильно нагреваться и может стать причиной теплового разгона, если радиатор не используется. Импеданс динамика не очень важен, и в прототипах динамиков от 8 Ом до 80 Ом почти все работали хорошо. Однако изменение импеданса динамика может также потребовать изменения значения R3.

5) Базовая схема мини-усилителя 3 В

Для уменьшения количества деталей используется прямая связь между Tr1 и Tr2 и между Tr2 и громкоговорителем. Tr1 работает как нагрузка усилителя с общим коллектором через усилитель с общим эмиттером Tr2. Базовое смещение Tr1 извлекается из коллектора Tr2. Поскольку это не совпадает по фазе с базой Tr1, достигается чрезмерная стабилизация.

Часть постоянного тока коллектора Tr1 также проходит через Tr2 через базу к эмиттеру, обеспечивая тем самым существенное смещение. Отрицательная обратная связь обеспечивается R5 и R3. R3 обеспечивает обратную связь через два каскада, а R5 реализует обратную связь через выход на вход Tr2.

Эффект этой обратной связи приводит к невероятно ровной кривой отклика вплоть до удивительно низких частот. Высокочастотную характеристику можно существенно улучшить, заменив транзисторы на 2N2907. Применение этого устройства также может привести к увеличению прироста.

Схема субминиатюрного усилителя может быть фантастической для усиления выходного сигнала вашего FM- или AM-тюнера. Если у вас компактная магнитола, которая работает только с выходом на наушник, ее можно было бы приучить повышать громкость примерно до уровня громкоговорителя. Для этого просто подключите выход вашего радио ко входу усилителя.

Громкоговоритель, используемый в этом усилителе, должен быть настолько большим, насколько это возможно, по возможности 12 дюймовым внутри корпуса. Использование чрезвычайно маленького динамика может привести к некоторой неэффективности из-за того, что по обмотке может протекать большой ток, даже если входной сигнал недоступен.

Ток, потребляемый через батарею, будет относительно высоким, примерно 150 мА.Это означает, что он должен быть настолько большим, насколько это возможно.

6) Еще одна схема мини-усилителя, работающая с 3 В

Этот мини-усилитель может работать без каких-либо проблем или ошибок за счет напряжения питания от 3 В до 20 В с использованием сопротивлений источника как:

Напряжение питания / 2 мА (кОм)

Выходная мощность, которую может выдать усилитель, естественно, определяется напряжением питания и сопротивлением громкоговорителя, как видно из прилагаемой таблицы.

Ток покоя усилителя составляет от 1 до 1 мА.5 мА, точная величина зависит от типа используемых транзисторов.

Если ток покоя упадет за этот конкретный предел, вероятно, будет необходимо настроить значение R9. Как видно из таблицы, усилитель эффективно работает с громкоговорителями с высоким сопротивлением.

Поскольку громкоговорители с импедансом до 200 Ом не могут быть легко доступны, можно попробовать использовать громкоговоритель с меньшим импедансом, имеющий дополнительный трансформатор.

Например, динамик на 8 Ом можно использовать с трансформатором с соотношением примерно 5: 1.

Хотя выходная мощность усилителя не очень высока, ее, тем не менее, достаточно в сочетании с умеренно эффективным громкоговорителем в тихой зоне. Коэффициент усиления по напряжению усилителя составляет около 50, а ширина полосы по 3 дБ составляет от 300 Гц до 6 кГц.

PCB Designs

Дискретный усилитель мощностью 1,5 Вт

Эта небольшая схема усилителя может стать удобной опорой для любого аудиоэкспериментатора.

Его можно было бы использовать для усиления и генерирования слышимых импульсов с помощью генераторов, работающих в акустическом диапазоне, для отслеживания сигналов через другой аудиоусилитель, который может быть неисправен, для усиления некоторого другого сигнала до приемлемого уровня мощности для измерения или работы реле и Т. Д.и т. д.

В наше время можно найти множество усилителей мощности на интегральных схемах, обеспечивающих выходную мощность от 1 до 3 Вт, хотя большинство из них требует осторожной компоновки схемы, чтобы избежать нестабильности (нестабильный усилитель может вибрировать и будут уничтожены соответственно).

Кроме того, дискретный транзисторный усилитель гораздо более информативен, потому что можно оценивать напряжения, чтобы лучше понять его работу.

Следовательно, настоящий небольшой усилитель разработан с использованием дискретных транзисторов, которые помимо того, что они намного более устойчивы, чем конструкции на основе ИС, идеально подходят для требований пользователя.

Транзисторы Q2, Q4 и Q5 зацементированы в небольшой алюминиевый корпус, который работает как радиатор.

Как работает схема

Эта схема довольно типична для большого количества усилителей звука. Первичный транзистор усилителя напряжения Q3 управляет вторичным согласованием (NPN плюс PNP) Q4 и Q5, которые представляют собой буферы, обеспечивающие большое усиление по току, но меньшее, чем единичное усиление напряжения.

По той причине, что базы Q4 и Q5, как правило, представляют собой два перехода база-эмиттер в сторону, Q3 используется для установки напряжений смещения для этих BJT.

Транзистор Q1 работает как усилитель ошибки, который анализирует входное напряжение и частичное изменение выходного напряжения.

Когда есть практически любое отклонение, он подает управляющее напряжение на Q3, чтобы ошибка была исправлена.

Выходное напряжение разделено на соотношение (R6 + R5) / R5, и поэтому рассчитанное усиление будет 28, даже если правильное усиление, вероятно, будет несколько меньше.

Точка смещения постоянного тока усилителя дополнительно устанавливается через Q2, который не изменяется через R5 и разделяется через C3.

Чтобы поддерживать примерно постоянный ток в Q3, конденсатор C6 расположен так, чтобы напряжение на R8 (следовательно, ток через него) было постоянным. Конденсаторы C4 и C5 обычно предлагают частотную компенсацию

О Matrix

Я работаю редактором homemade-circuits.com. Хотя по профессии я инженер-механик, моя страсть к практической электронике помогла мне многому научиться за эти годы. Я также люблю отвечать на вопросы на форуме и всегда рад помочь в этой удивительной области электроники.

Схема усилителя звука, работа и детали усилителей Nx, Lm386

Усилитель звука — это базовая конфигурация схемы, которая требуется для усиления аудиосигнала, принимаемого через такое устройство, как микрофон, или аудиосигнала, который должен передаваться через динамик / радиоустройство / беспроводной передатчик и т. д.

На ранних этапах, примерно в 1912 году, вакуумные трубки использовались для усиления звука, но примерно в 1970-х годах они были заменены на BJT и MOSFETS.Усилители мощности класса D (в которых используются транзисторы / полевые МОП-транзисторы) являются наиболее распространенными усилителями звука. Также можно использовать усилители мощности ClassAB, но ClassD более предпочтителен из-за его легкого веса и низких характеристик рассеивания тепла.

Аудиоусилители используются во многих приложениях от радиопередатчиков, Hi-Fi устройств, домашних аудиосистем, говорящих игрушек, роботов и даже в военных целях в качестве акустического оружия.

Что такое усилитель звука?
Базовый усилитель мощности , который предназначен для приема входного аудиосигнала низкой мощности и генерации выходного сигнала, состоящего из значения высокой мощности.Этот процесс усиления используется в различных областях, где электрический сигнал преобразуется в акустический сигнал. Усилители этого типа известны как усилители звука. Любая схема, обрабатывающая аудиосигнал, имеет усилитель звука как на входе, так и на выходе. Например, если микрофон принимает входной сигнал звуковой волны, ему необходимо предварительное усиление сигнала перед его дальнейшей обработкой и аналогично перед отправкой электрического сигнала в динамик, его необходимо усилить.

Схема усилителя звука
Схема усилителя звука состоит из транзистора, устройства для подачи входных сигналов и динамика на выходе. Транзисторы подключаются по необходимости. Важными факторами, которые необходимо учитывать при разработке аудиоусилителя, являются коэффициент усиления , шум, частотная характеристика и искажения . Чем выше коэффициент усиления, тем выше будут искажения и шум, однако отрицательная обратная связь снизит коэффициент усиления усилителя.

Схема усилителя звука

Рабочий усилитель звука
Усилитель работает не на одном каскаде. Это усиление звуковых сигналов осуществляется на различных этапах. На основании критериев зала, инфраструктуры и значения импеданса происходит усиление сигналов. Мощность, генерируемая на выходе этих усилителей, зависит от их полезности.

Входной сигнал подается с помощью любого микрофона, и когда он достигает транзистора, происходят движения большинства и неосновных носителей.Если транзистор относится к типу n-p-n, в этом случае подключения источника питания обеспечиваются таким образом, чтобы ширина обедненной области была меньше, что указывает на то, что транзистор должен находиться в полностью проводящем режиме.

Усилители могут быть спроектированы с использованием нескольких транзисторов. На основе этих перемещений носителей сигнал достигает места назначения. Этот технологический сигнал, достигающий пункта назначения с копией входного сигнала, но с повышенной силой, известен как усиление .

Это примерно один каскад усиления, исходя из критериев, по которым это количество каскадов варьируется. Этапы зависят от значения силы усиления. Таким образом усилитель работает. В зависимости от критериев усиления он может варьироваться, но факторы, называемые импедансом, мощностью и т. Д., Остаются неизменными.

Приложения
Существуют различные применения усилителей звука. Некоторые из них перечислены ниже:

В звуковых системах эти усилители получили наибольшее распространение.

В различные инструменты, относящиеся к музыке, устанавливаются эти усилители.

В радиосигналах используются эти усилители.

Для передачи сигналов на большие расстояния используются самые распространенные усилители.

Для беспроводной передачи сигналов требуется усиление звука.

Усилитель звука Nx
Этот усилитель звука Nx представляет собой тип усилителя, который достаточно хорош для усиления мощности звуковых сигналов.Этот усилитель выпускается в различных версиях. Каждая версия может быть разработана разными производителями. Он поддерживает усилители класса AB. Каждый тип поддерживает два канала. Различные версии обладают различными возможностями изменения максимальной мощности. Он также имеет различные значения импеданса.

Nx Audio Amplifiers

Таким образом, можно описать, что это усилитель, который относится к звуковому усилению с различными параметрами звука, такими как изменяющаяся мощность и изменяющийся импеданс.

Lm386 Audio Amplifier

Это своего рода операционный усилитель, который предназначен для выполнения определенных задач, например, если входной сигнал подается на усилитель, он модулируется в десять, сто раз и даже лучше.Это базовый усилитель в виде микросхемы, состоящей из 8 контактов. Начальный вывод, который равен 1, и, наконец, вывод, который равен 8, обозначают значения усиления этого конкретного усилителя. Это значение усиления можно отрегулировать, подключив к цепи конденсатор.

Lm386 Audio Amplifier

К нему подключен потенциометр, чтобы можно было регулировать громкость усилителя. В усилителях такого типа искажение усиленного сигнала будет низким. Этот вид микросхемы аудиоусилителя работает от аккумулятора.Поскольку контакты, которые используются в этом чипе, могут изменять и управлять коэффициентами усиления усилителя, он может действовать как гибкий усилитель. Следовательно, Lm386 может использоваться в различных приложениях портативных усилителей звука, ультразвуковых датчиков, преобразователей мощности и т. Д.

Звуковые усилители — это базовые усилители мощности, которые могут быть разных типов, так как они разработаны в различных версиях. С технической точки зрения существуют различные параметры, и даже параметры, относящиеся к инфраструктуре, также влияют на усиление звука.Усилители звука выполнены в виде микросхем и разного размера. Многие компании-производители проектируют этот набор усилителей на основе критериев, предоставленных клиентом. Лучшим практическим примером аудиоусилителя является сирена, которая может увеличивать мощность подаваемого сигнала и выдавать выходной сигнал с максимальной силой сигнала. А теперь можете привести еще один практический пример, на котором живо можно заметить применение аудиоусилителя?

Основы аудиоусилителя — 1/9

Аудио — один из наиболее распространенных носителей.Здесь это относится к представлению звука, который может быть воспринят людьми. Аудио и видео являются неотъемлемой частью любых электронных средств массовой информации. Электроника может использоваться для приема аудиосигналов (через микрофон), записи звука в каком-либо хранилище, передачи звука (через проводные или беспроводные каналы связи) и воспроизведения аудиосигналов (через динамики). Аудио может быть представлено и передано как аналоговые, так и цифровые сигналы. В этой серии особое внимание уделяется аналоговым аудиосигналам.Звуковые сигналы имеют частотный диапазон от 20 Гц до 20 000 Гц.

Громкость звукового сигнала обозначается амплитудой сигнала. Как и сама природа звука, звук в виде электрических сигналов также исчезает с расстоянием. Это было серьезной проблемой перед телефонными инженерами на начальном этапе развития коммуникационных технологий. Обычно в проводном канале, если электрический сигнал, несущий звук, передается с одного конца и принимается другим концом на расстоянии одной мили, он теряет 90 процентов своей мощности.Когда сигнал проходит через провод, сопротивление провода вызывает снижение его мощности (P = I2 / R). Потеря сигнала при передаче была серьезной проблемой для инженеров-электронщиков. Потери возникают независимо от того, передается ли сигнал только с микрофона на записывающее устройство, компьютер или аудиогенератор на динамик, или же он передается по проводам на большие расстояния. Чтобы решить эту проблему, инженеры разработали специальную электронику — «усилители». Усилители увеличивают мощность сигнала, поэтому он достигает большего расстояния, прежде чем ослабнет.За счет увеличения амплитуды входного сигнала в основном увеличивается выходная мощность схемы, поскольку сигналы высокой мощности могут проходить большее расстояние, чем сигналы низкой мощности. Используя усилители на разных ступенях, аудиосигналы можно безопасно передавать по проводному соединению.

Еще одним важным усовершенствованием стало представление звука в виде цифровых сигналов. Благодаря представлению аудиосигналов в форме цифровых сигналов аудиоданные остаются защищенными.При цифровом кодировании аудиоданные становятся независимыми от амплитуды сигнала, поэтому они не изменяются или не теряются из-за шума в кабеле.

В этой серии аналоговые аудиосигналы останутся предметом беспокойства. Цифровое кодирование аудиосигналов не обсуждается. В этой серии статей будет обсуждаться конструкция и использование различных типов усилителей. В серии будут разработаны следующие схемы усилителя —
.

1) Усилитель мощности 250 мВт

2) Усилитель мощности 1 Вт

3) Усилитель усиления низких частот

4) Автомобильный усилитель звука

5) Усилитель головного телефона

6) Стереоусилитель

7) Предусилитель MAX4468

8) Предусилитель LM358

Усилитель увеличивает мощность аудиосигнала за счет увеличения его амплитуды. Увеличение амплитуды называется усилением. Поэтому он называется «Усилитель». Аудиоусилитель должен разрабатываться с учетом его области применения и требуемых характеристик. Все перечисленные выше усилители предназначены для различных приложений и имеют разные спецификации в соответствии с требованиями.

Рис.1: Изображение типичного усилителя звука

Общие сведения об аудиосигналах

Но, прежде чем перейти к электронике, участвующей в разработке различных усилителей, важно понять основы звуковых сигналов, чтобы можно было изучить спецификации схем усилителя.Электронные устройства обрабатывают звук так же, как человеческое тело. Звук возникает, когда что-то вибрирует в воздухе, а частицы воздуха, в свою очередь, вибрируют. Вибрации распространяются по воздуху и воспринимаются человеческими ушами. Уши преобразуют эти колебания в электрические сигналы и отправляют их в мозг. Микрофон тоже делает то же самое. В микрофоне звуковые волны вызывают колебания его диафрагмы, которые вызывают колебания в других компонентах, и эти колебания преобразуются в электрический ток, формирующий звуковой сигнал. Этот электрический сигнал представляет собой аналоговый сигнал, представляющий звук. Он имеет две важные характеристики, которые распознают сигнал как уникальный звук —
.

1) Частота — частота сигнала обозначает высоту звука. Это самый важный фактор в распознавании звука.

2) Амплитуда — амплитуда сигнала обозначает громкость звука. Поскольку это уровень напряжения сигнала в определенный момент времени, он также представляет мощность сигнала.Существуют различные способы измерения амплитуды аудиосигнала, например амплитуда от пика до пика, амплитуда среднеквадратичного значения (RMS), амплитуда импульса, полуамплитуда и т. Д. В схеме будут использоваться значения амплитуды от пика до пика и RMS. анализ усилителей звука, разработанных в этой серии.

Амплитуда от пика до пика — Амплитуда от пика до пика — это разность пика (максимальное значение амплитуды) и минимума (минимальное значение амплитуды) аналогового сигнала.

Рис. 2: Диаграмма сигнала, показывающая размах амплитуды аудиосигнала

Амплитуда
RMS — RMS означает среднеквадратическое значение. Обычно он используется в контексте аналоговых сигналов или сигналов переменного тока (AC). Среднеквадратичное значение — это величина тока или напряжения, которая равна его эквивалентному постоянному току (DC). Таким образом, определение среднеквадратичного значения для сигналов переменного тока при вычислении мощности по постоянному току является универсальным.Следующее уравнение используется для расчета среднеквадратичного значения напряжения от пика до пика —
.

Vrms = Vp-p / (2) 1/2

Типы усилителей звука

Усилители звука можно разделить на разные категории. По применению аудиоусилителя его можно разделить на следующие категории —

1) Предварительный усилитель

2) Усилитель мощности

Предварительный усилитель необходим для усиления очень слабых входных сигналов с микрофона или гитары. Он используется перед каскадом усилителя мощности. Усилители этого типа не помогают увеличить выходную мощность, но используются для повышения уровня электрических сигналов с микрофона или гитары до стандартного линейного напряжения перед усилением. Выходной ток этих усилителей выражается в микроамперах, поэтому иногда их также называют микроусилителями. Наряду с усилением напряжения они также уменьшают шум и искажения выходного сигнала. После предварительного усиления усилитель мощности используется для увеличения выходной мощности за счет усиления тока, а также напряжения входного сигнала.

Характеристики усилителя звука

При создании любой схемы усилителя учитывается множество конструктивных факторов, таких как усиление, полоса пропускания, выходная мощность и максимальное напряжение питания. Аудиоусилитель должен быть разработан с учетом всех этих важных конструктивных факторов. Некоторые из важных конструктивных параметров, участвующих в создании аудиоусилителя, следующие:

1) Коэффициент усиления — коэффициент усиления — это мера способности любой системы увеличивать мощность или амплитуду сигнала. Коэффициент усиления схемы усилителя выражается как отношение выходного напряжения к входному напряжению (коэффициент усиления по напряжению), или отношение выходного тока к входному току (коэффициент усиления по току), или отношение выходной мощности к входной мощности (мощность прирост). Выражается в дБ (децибелах). Уравнение для преобразования коэффициента усиления по напряжению в коэффициент усиления в дБ выглядит следующим образом:
.

Усиление (дБ) = 20logGv

Где Gv — коэффициент усиления по напряжению.

При анализе схем усилителя, разработанных в этой серии, коэффициент усиления по напряжению принимается в качестве расчетного коэффициента.Коэффициент усиления по напряжению выражается как отношение выходного напряжения к входному.

Коэффициент усиления напряжения = выходное напряжение / входное напряжение

2. Громкость и скорость перекоса — громкость звука определяется выходной амплитудой звукового сигнала. Поскольку усиление схемы определяет максимальную и минимальную амплитуду, громкость может быть изменена только в диапазоне этой амплитуды. С помощью потенциометра можно изменить амплитуду сигнала и, таким образом, громкость или громкость аудиосигнала.Усилитель не может внезапно изменить громкость аудиосигнала. Максимальная скорость изменения выходного сигнала называется скоростью асимметрии усилителя.

3. Выходная мощность — Выходная мощность аудиоусилителя эквивалентна тому, насколько громким может быть звук на выходе из него. Обычно выражается в ваттах или милливаттах. Чем крупнее будут колонки, тем больше потребуется выходная мощность от усилителя. Максимальную выходную мощность схемы усилителя можно рассчитать следующим образом —
.

P = V2 / 2R

Где,

P = выходная мощность

В = напряжение от пика до пика

R = сопротивление нагрузки

4) Линейность — В контексте аудиоусилителей линейность относится к пропорциональности между входным и выходным сигналом.Чем больше будет линейность, тем больше будет выходное аудио истинное представление входного аудиосигнала.

5) Полоса пропускания — Полоса пропускания относится к частотному диапазону, в котором может работать усилитель. Схемы усилителя этой серии предназначены для работы в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц.

6) Эффект отсечения — схемы усилителя рассчитаны на выходное напряжение в определенном диапазоне. Обычно этот диапазон обозначается знаком плюс и / или минус.Подобно усилителю, может быть предусмотрено выходное напряжение в пределах +/- 50 В. Таким образом, в идеале уровень выходного напряжения этого усилителя не должен превышать 50 В относительно источника сигнала. Поскольку уровень напряжения и выходная мощность взаимосвязаны, это также указывает на диапазон выходной мощности, который может выдавать усилитель. Если будет предпринята попытка (нагрузкой или динамиками на выходе усилителя) потребить больше мощности или уровней напряжения, чем уровни мощности или напряжения, для которых был разработан усилитель, то форма выходного сигнала (несущего аудиосигналы) будет начать клип.

Ограничение означает, что уровень выходного напряжения становится постоянным и равен максимальному уровню напряжения, который он может выдавать для всех уровней напряжения, выходящих за пределы максимального выходного предела усилителя. Поскольку сигнал выходного напряжения является самим аудиосигналом, ограничение приведет к искажению выходного звука. Если ограничение будет значительным, выходной сигнал может стать прямоугольным, а не синусоидальным, что приведет к потере аудиосигнала или только к шуму, остающемуся на выходе усилителя.

Во-вторых, мощность прямоугольной волны вдвое больше, чем у синусоиды. Блоки питания большинства усилителей не могут выдерживать выходную мощность, вдвое превышающую номинальную, в течение более длительного периода времени.

Кроме того, на выходе напряжение будет практически больше номинального напряжения, что вызовет проблемы с нагрузкой, то есть динамиками. Динамики рассчитаны на постоянное сопротивление. Импеданс динамиков выражается в омах и обычно составляет 2, 4 или 8 Ом.Динамик с низким сопротивлением потребляет больше энергии по сравнению с динамиком с высоким сопротивлением. При обрезке громкоговоритель с высоким сопротивлением или малой мощностью может практически выйти из строя.

Когда выходной сигнал усилителя ограничен, он действует как источник постоянного питания или фиксированный вход постоянного тока на входы громкоговорителей. У динамиков есть внутренняя катушка. При постоянном входном сигнале эта катушка не успеет остыть из-за ограничения мягкого прохождения звукового сигнала. В случае сильного клиппирования редко бывает срыв высокочастотных динамиков.Твитер — это разновидность динамика (куполообразной или роговой), предназначенная для генерации высоких звуковых частот в диапазоне от 2 кГц до 20 кГц. Риск повреждения динамика зависит от аудиосигнала (имеет ли он большое количество высоких частот), степени ограничения и того, насколько устойчивый динамик выходит за пределы своей номинальной мощности. Таким образом, громкоговоритель высокой мощности и низкого сопротивления можно использовать с усилителем низкой мощности, но наоборот.

Предположим, что если мощность динамика в два раза превышает выходную мощность усилителя, то в случае ограничения не будет проблем с динамиком.Тем не менее, обрезка все же добавит искажения к выходному звуку, и качество звука может быть ужасно снижено, чтобы никто не мог задерживаться.

Поэтому лучше запускать усилитель только для случайного ограничения звука, так как ограничение увеличивает вероятность повреждения динамика, может вызвать чрезмерную нагрузку на усилитель или ухудшить качество звука.

Эффект отсечения можно наблюдать на CRO. На следующем рисунке красный сигнал представляет собой предполагаемый аудиовыход, а желтый сигнал представляет собой обрезанный сигнал при использовании аудиоусилителя более низкой мощности.

Рис. 3: Изображение формы волны, показывающее эффект ограничения аудиосигнала

7) Стабильность и отрицательная обратная связь — способность схемы усилителя обеспечивать надежный выходной сигнал называется стабильностью. Для повышения устойчивости схемы в схемах усилителя используется отрицательная обратная связь. Есть различные преимущества отрицательной обратной связи, такие как стабильность усиления, снижение шума, увеличение входного импеданса, уменьшение выходного импеданса и увеличение полосы пропускания.Для обеспечения отрицательной обратной связи схемы усилителя этой серии выполнены в инвертирующей конфигурации.

8) Согласование импеданса — для полной передачи мощности от входа к выходу полное сопротивление источника и нагрузки должно быть одинаковым. Но невозможно правильно согласовать импеданс, поэтому существует практическое правило, согласно которому выходное сопротивление / импеданс нагрузки должно быть в 10 раз больше импеданса источника / входа. Это приводит к известной потере мощности в 10%, и 90% мощности передается на выход.Таким образом, увеличивая выходное сопротивление, можно значительно снизить потери мощности усилителя.

9) КПД — КПД аудиоусилителя выражается как отношение выходной мощности усилителя к мощности, потребляемой самим усилителем.

10) Шум и отношение сигнал / шум — Любая схема усилителя имеет некоторый шум на выходе. Этот шум создается полупроводниковыми компонентами, используемыми в конструкции усилителя. Чем выше выходная мощность усилителя, тем больше шум на его выходе.Усилитель должен быть спроектирован так, чтобы шум на его выходе оставался постоянным независимо от сигнала. Кроме того, отношение сигнал / шум должно оставаться высоким на всем рабочем диапазоне усилителя. Таким образом, усилитель должен иметь высокое отношение сигнал / шум (SNR), которое должно быть постоянным во всем рабочем диапазоне.

11) Гармонические искажения — искажения — это нежелательные сигналы, смешанные с исходным аудиосигналом или входным аудиосигналом. Если звуковой сигнал постоянной частоты подается на вход усилителя, предполагается, что он останется неизменным и на выходе усилителя.Но на выходе усилителя складываются частоты, кратные входной частоте. Эти частоты называются гармоническими искажениями и всегда являются целым кратным входной частоты. Уровень искажений на выходе усилителя измеряется как полное гармоническое искажение (THD). Общее гармоническое искажение — это отношение мощности всех гармонических частот, объединенных к мощности исходной частоты. Гармонические искажения в усилителе должны быть случайными, и THD для этих случайных появлений также должны быть в допустимых пределах.THD обычно выражается в процентах. Например, если усилитель имеет 2 процента THD, это означает, что мощность всех гармоник вместе составляет всего 2 процента от мощности исходной частоты. Обычно допустимый коэффициент нелинейных искажений до 10 процентов, но он должен быть как можно ниже. Стандартные аудиоусилители имеют THD менее 1% или 0,5%.

12) Заземление контура — В аудиоусилителях заземление контура также является одной из основных проблем, вызывающих жужжание звука в динамиках.Различные компоненты усилителя подключены в разных узлах заземления. В идеале заземление должно быть 0 В, но из-за резистивной природы заземляющего провода на нем разное напряжение по всей длине. Разница в напряжении в разных узлах земли добавляет шум в выходной аудиосигнал. Для устранения проблемы контуров заземления используется топология звезды для заземления и питания схемы усилителя.

Рис. 4: Принципиальная схема топологии звезды для заземления и питания в простом усилителе

В этой серии при разработке схем усилителя в основном будут учитываться усиление и выходная мощность.

Конструкция усилителей звука

Схема усилителя может быть спроектирована с использованием транзисторов или операционных усилителей. Транзистор может работать в трех состояниях — состоянии отсечки, активном состоянии и состоянии насыщения. В активном состоянии транзистор действует как усилитель, поэтому, настроив транзисторы в активном состоянии, их можно использовать для создания усилителей звука. И BJT, и MOSFET могут использоваться для разработки схемы усилителя.

Фиг.5: Типичное изображение транзистора

OPAM состоит из группы транзисторов, соединенных друг с другом таким образом, что они помогают усиливать входной сигнал. Транзисторы могут использоваться в качестве усилителей для простых аудиосистем, а для более сложных аудиосистем операционные усилители могут использоваться для создания схемы усилителя звука.

Рис.6: Типичное изображение ИС операционного усилителя (OPAM)

Тестирование схем усилителя звука

Для тестирования схем усилителя, разработанных в этой серии, в качестве источника входного сигнала используется функциональный генератор.Функциональный генератор используется для генерации синусоидальной волны постоянной амплитуды и частоты. Любой аудиосигнал также в основном представляет собой синусоидальную волну, поэтому вместо микрофона или фактического источника звука можно использовать функциональный генератор. Таким образом, генератор функций можно использовать в качестве источника входного сигнала для тестирования схем аудиоусилителя. Во время тестирования на выходе динамик также не используется в качестве нагрузки, поскольку динамик является резистивным, а также индуктивным. На разных частотах изменяется его индуктивность, что, в свою очередь, изменяет импеданс (комбинация R и L) динамика.Таким образом, использование динамика в качестве нагрузки на выходе усилителя для получения его технических характеристик может дать ложные или нестандартные результаты. Вместо динамика будет использоваться фиктивная нагрузка, которая является чисто резистивной. Поскольку сопротивление не меняется с частотой, достаточно снять только одно или два показания.

Во время тестирования частота сигнала от функционального генератора будет поддерживаться в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, что соответствует типичному звуковому диапазону, и наблюдения будут проводиться при 26 дБ и усилении 46 дБ.

Для тестирования схем усилителя сначала устанавливается желаемый уровень входного напряжения, при котором входное напряжение должно быть меньше напряжения смещения транзисторов, используемых в схемах усилителя. Затем выходной сигнал будет наблюдаться в CRO, и входной сигнал будет увеличиваться до тех пор, пока выходной сигнал не начнет срезаться. Размах выходного напряжения непосредственно перед ограничением будет измеряться для анализа схемы, такого как определение выходной мощности и усиления усилителя.

Приступим к изготовлению схем усилителя. В следующем уроке будет разработан усилитель мощности 250 мВт.

Схемы усилителя

Введение в управление импедансом и полосой пропускания

Модифицированные кривые отклика

Предыдущие модули были сконцентрированы на получении плоской частотной характеристики в требуемом диапазоне звуковых частот.Однако иногда необходимо изменить плоский отклик усилителя звука, сделав отдельные каскады усилителя зависимыми от частоты. Это может быть достигнуто путем изменения отклика одного или нескольких каскадов усилителя или отклика цепи отрицательной обратной связи.

На рис. 4.0.1 показаны (заштрихованные зеленым) этапы, на которых будет происходить такая модификация, остальные этапы имеют пологую кривую отклика.

Рис. 4.0.1 Управляемые каскады усилителя звука

Выбор входа

Стадия выбора входа или входной компенсации используется для согласования входного импеданса усилителя с конкретными типами входных устройств, каждое из которых может иметь разные выходные сопротивления, уровни сигнала и частотные диапазоны.Следовательно, выходной сигнал каскада выбора должен давать полностью скомпенсированные характеристики сигнала и стандартный аудиосигнал для любого подключенного устройства ввода. Однако пользователь может подключить устройство ввода, которое не соответствует рекомендованным производителем спецификациям, тем более что они могут отличаться от одного производителя к другому. Наиболее заметным результатом является то, что изменение уровня сигнала может быть слышно при переключении между различными устройствами ввода.

Регулировка тона

Регулятор тембра используется для усиления или понижения высоких или низких частот аудиосигнала в соответствии с требованиями пользователя и / или акустикой среды прослушивания. Размещение этого каскада непосредственно перед усилителем мощности сводит к минимуму любой генерируемый внутри шум шум, который может возникнуть, если, например, за схемой среза высоких частот (ВЧ-понижение) было установлено несколько усилителей с полной полосой пропускания.

Изменение входного и выходного сопротивления.

Важность входного и выходного импеданса усилителя обсуждается в модуле теории переменного тока 7, а использование NFB для управления импедансом описано в модуле усилителя 3.2.

Таким образом, в этом модуле описаны некоторые типовые схемы, используемые для управления значениями входного и выходного сопротивления и частотными характеристиками схем усилителя.

Начало страницы

Усилитель звука 30Вт

Схема надежного усилителя звука, не искажающего звук даже при работе на максимальной мощности. Он может выдавать до 30 Вт RMS в динамике 8 Ом и до 45 Вт RMS в динамике 40 Ом. Его мощность невелика, но ее вполне достаточно для обычной домашней аудиосистемы.

Схема довольно проста и основана на распространенных недорогих компонентах. Суммарные гармонические искажения (THD) на полной мощности не превышают 0.05%. Усилитель имеет плоский частотный диапазон от 10 Гц до 40 кГц. Потребляемый ток холостого хода составляет около 80 мА, а максимальный ток не превышает 1,5 А при полной мощности.

Схема усилителя звука

Схема звукового усилителя мощностью 30 Вт показана на рисунке 1. Вся схема фактически представляет собой операционный усилитель, спроектированный с дискретными компонентами. Основное отличие от типичных операционных усилителей заключается в том, что выходной каскад нашего усилителя рассчитан на выдачу большого тока и, следовательно, высокой мощности при нагрузке 8 или 4 Ом.

Рисунок 1. Электронная схема усилителя звука мощностью 30 Вт
Схема усилителя мощностью 30 Вт состоит из трех каскадов. Первый каскад, как и все операторские усилители, представляет собой дифференциальный усилитель, состоящий из транзисторов Т1, Т2 и Т3. Второй каскад предназначен для управления и смещения последнего каскада и состоит из транзисторов T4, T5 и T6. Последний каскад — усилитель мощности, сделанный из комплементарной пары транзисторов NPN-PNP (T7 и T8).

Дифференциальный усилитель обеспечивает высокий коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR), что чрезвычайно важно для подавления шума.Коэффициент подавления синфазного сигнала составляет около 70 дБ. Инвертирующий вход дифференциального усилителя находится на базе T2, а неинвертирующий вход — на базе T1. Дифференциальный усилитель фактически состоит из пары T1 и T2, а T3 используется как источник постоянного тока для смещения.

Входной аудиосигнал подается на неинвертирующий вход, в то время как некоторая обратная связь с выхода усилителя применяется к инвертирующему входу. Резисторы R6 и R7 действуют как делитель напряжения, который передает часть сигнала с выхода усилителя на инвертирующий вход дифференциальной пары.Таким образом мы получаем отрицательный отзыв. Обычно общий коэффициент усиления усилителя определяется контуром обратной связи и равен 1 + R6 / R7 = 40.
Конденсатор
C5, расположенный параллельно R6, ограничивает усиление на высоких частотах. Верхняя частота среза схемы обычно составляет 40 кГц. C4 определяет реакцию на низкие частоты, а нижняя частота среза составляет около 20 Гц. Таким образом, усилитель имеет типичную полосу пропускания от 20 Гц до 40 кГц.
Рисунок 2. Печатная плата аудиоусилителя мощностью 30 Вт (вид сбоку, медь)
Выход дифференциального усилителя поступает от коллектора Т1.Оттуда сигнал проходит в основании T4. Сигнал переменного тока на базе T4 управляет током коллектора T4. Т7 и Т8 включены последовательно с Т4, поэтому их ток коллектора также управляется одним и тем же сигналом. T4 используется для управления основанием T7, а T5 управляет базой T8. T6 используется для регулировки симметрии смещения конечной ступени и в то же время обеспечивает некоторую температурную компенсацию.

При любом повышении температуры ток типичного транзистора имеет тенденцию к увеличению и еще больше ускоряет нагрев транзистора.Это серьезная проблема для всех силовых цепей, и обычно требуется какая-то тепловая компенсация. В нашей схеме мы решили разместить T6, T7 и T8 на одном радиаторе. Таким образом, если температура увеличивается, ток, протекающий через T6, увеличивается, но это увеличение приводит к уменьшению напряжения эмиттер-база T7 и T8 и, следовательно, снижает ток до его прежнего значения.

Выходной каскад усилителя состоит из комплементарной пары транзисторов Т7 — Т8.T7 работает в течение положительного полупериода сигнала, а T8 — в течение отрицательного. Чтобы настроить T7 и T8 для работы в идеальной средней рабочей точке постоянного тока, мы используем потенциометр R14. Для настройки схемы на максимальную производительность необходимо осторожно регулировать R14.

Катушка L1 используется для компенсации любой паразитной емкости динамика (в основном от кроссовера). Элементы C10 и R18 используются для фильтрации высоких частот. R12 с C2 используются для фильтрации напряжения питания дифференциального каскада, а C2 также используется как байпасный конденсатор для переменного тока (конденсатор свободного хода).C8 и C9 используются для устранения нежелательных высоких частот и шума от баз T7 и T8. C6 и C7 используются для стабилизации, а C11, C12, C13 и C14 используются для развязки и дальнейшей фильтрации напряжения питания.

Описание конструкции и эксплуатации

Для упрощения сборки схемы мы изготовили соответствующую печатную плату. Печатная схема имеет медь только с одной стороны и показана на Рисунке 2:
.
Все компоненты должны быть припаяны к этой печатной плате в соответствии с руководством по сборке на Рисунке 3.

Все резисторы, используемые в схеме, имеют допуск 5% и имеют тип 1/4 Вт, за исключением R16, R17, R18 и R19, которые имеют тип 5, 5, 1 и 1/2 Вт соответственно. Эти силовые резисторы также соответствующим образом отмечены на схеме.

Мы используем электролитические конденсаторы на 35 или 50 В (это не критично, если они выдерживают номинальное напряжение источника питания). Остальные конденсаторы — полиэфирные или керамические, низкого напряжения. Катушка L1 должна быть намотана на резистор R9 и состоит из 12 витков, сделанных из проволоки толщиной 1 мм.

Транзисторы T6, T7 и T8 должны быть размещены на одном радиаторе для температурной компенсации. Однако металлический корпус транзисторов не должен иметь электрического контакта с металлическим радиатором. Для этой цели вы должны использовать изолирующую слюду (теплопроводный электроизолятор), а также вы должны правильно использовать электрическую изоляцию даже на винтах, удерживающих транзисторы на радиаторе. Эти детали графически проиллюстрированы на Рисунке 4.

Рисунок 3. Как собрать аудиоусилитель мощностью 30 Вт
Завершая сборку, будьте осторожны, чтобы не забыть разместить на плате две проволочные перемычки в точках, указанных в руководстве по сборке.

Для питания схемы требуются два напряжения питания: +30 и -30 В соответственно. То есть нужен двухсимметричный блок питания. На практике нет необходимости в стабилизированном источнике питания. Трансформатор вторичной обмотки с центральным ответвлением, выпрямительный мост и некоторые фильтрующие конденсаторы — единственные детали, которые вам понадобятся для изготовления блока питания, как показано на рисунке 5.

Трансформатор должен иметь вторичную обмотку с отводом по центру и обеспечивать ток до 2А. Выпрямительный мост должен быть 100 В / 5 А и требует некоторого охлаждения. Поэтому лучше всего разместить его на радиаторе или на металлическом корпусе усилителя (если вы используете любой металлический корпус).

Для правильной работы усилителя требуется только одна настройка. Вы должны настроить потенциометр R14 на достижение тока покоя около 70 мА в положительном кабеле питания.То есть вы должны подключить миллиамперметр последовательно с положительной линией кабеля питания и, не подавая аудиосигнал на вход (или с заземленным входом), вы должны установить R14, пока миллиампер не покажет 70 мА. В качестве альтернативы, если у вас есть осциллограф и генератор частоты, вы можете отрегулировать R14, чтобы полностью устранить любые оставшиеся кроссоверные искажения.

Калибровка схемы с помощью осциллографа должна выполняться в реальных условиях эксплуатации с динамиком или с соответствующей нагрузкой, подключенной к выходу (я предполагаю, что вы предпочтете нагрузку, чтобы не «беспокоить» ваших соседей).
Рисунок 4. Транзисторы T6, T7 и T8 должны быть размещены на одном радиаторе
Схема усилителя моно. Это означает, что для создания стереоусилителя вы должны использовать две идентичные схемы, одну для правого и одну для левого аудиоканала соответственно. Кроме того, вам понадобятся два блока питания.

Ваш усилитель можно разместить в подходящем корпусе вместе с источником питания. На передней части коробки вы можете разместить соответствующие разъемы для звуковых сигналов, а также переключатель или даже измеритель уровня громкости.Таким образом, у вас будет отличный и красивый усилитель.

No related posts.