Студийный усилитель класса ЭА V1.2. Мощный усилитель на транзисторах Новые схемы унч

Уверен, многие из вас недовольны хрипами и искажениями от не серьёзных китайских компьютерных колонок. Я пробовал подключать несколько вариантов такой акустики к компьютеру, но ни один из них меня не устроил ни по качеству звука, ни по функциональности, а главное - по убогому дизайну. Поэтому пришлось попробовать сделать что нибудь путёвое самому. Тем более современные микросхемы позволяют спаять действительно неплохие по своим характеристикам УНЧ буквально за вечер. Вся электронная мелочь нашлась дома, покупались только микросхемы усилителей и выключатели с разъёмами для наушников.

Мощный усилитель 2х25 Ватт, сделан на микросхеме TDA7265 - это основной УНЧ. Подробное описание микросхемы скачайте здесь.

Это небольшой, относительно маломощный УНЧ для наушников 2х5 Ватт. Превосходства его конечно очевидны хотя бы уже в показателях выходной мощности. Но я его делал не только для ушей, а больше по удобству эксплуатации. Ведь чтоб подключить наушники с толстым штекером Jack 6,3 мм, возникнет много трудностей с переходниками, не говоря о том, что они не могут в полной мере и с приличным качеством прокачаться слабым усилителем.

Чаще всего внешний вид у покупных китайских колоночек оставляет желать лучшего и их хочется просто убрать под стол, чтобы их не видеть. Но тогда будет неудобно их включать. Данный же усилитель собраный своими руками и на свой вкус, будет находиться на видном удобном месте стола, являясь его своеобразным украшением, поэтому все гнёзда, регуляторы и кнопки УНЧ будут под рукой. Подсветка при желании отключается кнопкой на задней стенке УНЧ, чтоб не мешать пользоваться компьютером в темноте, но после следующего включения усилителя она автоматически включается опять.

Корпус для УНЧ был сделан из ДСП, после чего тщательно зачищен и покрашен в серьёзный чёрный цвет.

Индикатор хотелось сделать похожим на индикаторы знаменитых фирменных усилителей.

Регулятор сделан классический - большой круглый, и уж ни в коем случае не кнопочный. Чтобы при вращении чувствовалось что это вещь, а не какое нибудь игрушечное дешёвое барахло. На энкодере регулировка у меня отпала сама собой, нужна была подсветка положения на ручке, а бесконечно вращать с проводом её не получится. Поэтому решил сделать регулятор на переменном резисторе.

Опоры для самодельного УНЧ решено сделать в классическом стиле дизайна радиоаппаратуры - никелированные, но с небольшой изюминкой в стиле хай тек. У основания ножек используется голубая подсветка. Как видно из фотографий, это реализовано с помощью залитых синих светодиодов в основании ножек.

На передней панели УНЧ находятся: выключатель сети, выключатель АС, сигнал на наушники постоянный независимый от того включены колонки, или нет - это тоже часть задуманного плана. Сейчас не найдёшь усилителя с такой схемой, даже серьёзные дорогие усилители делают по принципу "воткнул наушники и нет сигнала на АС", а раньше все усилки делались именно по такой схеме. Для меня такая схема распределения сигналов очень актуальна.

Усилитель способен выдать 2kW мощности пиково, и 1.5kW продолжительно, что означает что этот усилитель способен сжечь большинство известных Вам динамиков. Чтобы представить такую мощность в действии Вы можете подключить (Что делать я крайне не советую) два последовательно соединенных 8-ми омных динамика в сеть переменного тока 220В. При этом на одном динамике будет 110V действующего напряжения на нагрузке 8 ом - 1,500W. Как Вы думаете, долго ли проработает в таком режиме акустика. Если все еще не отпало желание заняться этим усилителем – переходим дальше…

Описание усилителя

Сначала, давайте посмотрим на требования, для достижения 1.5kW на 4 ома. Нам нужно 77.5V действующего напряжения, но мы должны иметь некоторый запас, потому что напряжение питания снизится под нагрузкой, и всегда будет некоторое падение напряжения на коллектор-эмиттерных переходах и эмиттерных резисторов.

Итак напряжение питания должно быть...

VDC = VRMS * 1.414
VDC = 77.5 * 1.414 = ±109.6V постоянного напряжения

Так как мы не учли потери, мы должны добавить около 3-5V для оконечника усилителя, и дополнительно 10V на падение напряжения питания под полной нагрузкой.

Трансформатор в 2 x 90V даст напряжение без нагрузки ±130V (260V между крайними точками выпрямителя), так что с источником питания нужно работать с особой осторожностью

Биполярные транзисторы были отобраны как наиболее соответствующими для выполнения оконечного каскада усилителя. Это, прежде всего, продиктовано напряжением питания, которое превышает граничное напряжение для большинства MOSFET транзисторов. Это так же много и для биполярных транзисторов, но MJ15004/5, или MJ21193/4 соответствуют требованию по максимальному напряжению, и значит, мы на них остановимся.

P = V ? / R = 65 ? / 4 = 1056W

То есть равно среднестатистическому электрообогревателю…
Помните, что при работе на активную нагрузку с 45 ° фазовыми сдвигами мощность рассеивания почти удваивается. Исходя из этого следует, что хорошее охлаждение жизненно необходимо для этого усилителя, Вам понадобятся хорошие радиаторы, вентиляторы для принудительного охлаждения (естественная конвекция не поможет).

MJ15024/5 (или MJ21193/4) транзисторы в корпусе К-3 (железный с двумя выводами как КТ825/827), и рассчитаны на рассеивание 250W при температуре 25°C. Корпус К-3 транзистора выбран, потому что он имеет самую высокую номинальную мощность рассеивания, потому что тепловое сопротивление ниже чем у любого другого транзистора в пластмассовом корпусе.

MJE340/350 в каскаде усилителя напряжения гарантирует хорошую линейность. Но даже при токе через каскад 12mA, мощность - 0.72W, так что Q4, Q6, Q9 и Q10 должен иметь теплоотводы. Транзистор (Q5) , определяющий смещение оконечного каскада, должен быть установлен на общем радиаторе с оконечником и иметь надежный тепловой контакт.

Схема защиты от короткого замыкания (Q7, Q8) ограничивает ток на уровне 12А и мощность выделяемую одним транзистором около 175W, при этом длительная работа усилителя в таком режиме не допустима.
Схема профессионального усилителя 1500W.

Дополнительные элементы обратной связи (R6a и C3a, показанный пунктирным) являются опциональными. Они могут быть необходимы, при возникновении самовозбуждения усилителя. Обратные диоды (D9 и D10) защищают транзисторы усилителя от обратной ЭДС при работе на активную нагрузку. Диоды серии 1N5404 могут выдержать пиковый ток до 200A. Номинальное напряжение должно быть по крайней мере 400V.

Резистор VR1 100 омо используется для балансировки усилителя по постоянному току. С номиналами компонентов указанных на схеме, начальное смещение должно быть в пределах ±25mV, перед настройкой. Резистор VR2 используется для установки тока покоя оконечного каскада. Настраивают ток покоя измеряя напряжение на резисторе R19 или R20 которое должно быть в пределах 150mV.
Чувствительность входного каскада - 1.77V для 900W на 8 ом, или 1800W на 4 ом.

Источник питания:

Источник питания, необходимый для усилителя требует серьезного подхода в проектировании. Во первых Вам необходим понижающий трансформатор мощностью как минимум 2kW,. Конденсаторы фильтра питания должны быть рассчитаны на 150V и выдерживать до 10A пульсирующего тока. Конденсаторы не соответствующим этим требованиям могут попросту взорваться при работе усилителя на полную мощность.

Немаловажная деталь - мостовой выпрямитель. Хотя мосты на 35A, казалось бы, могут справится с поставленной задачей, но пиковый повторяющийся ток превышает паспортные данные мостов. Я советую использовать два параллельно включенных моста как показано на схеме. Номинальное напряжение мостового выпрямителя должно быть минимумом 400V, и они должны быть установлены на достаточном для охлаждения теплоотводе.
Схема блока питания для усилителя 1500W.

На схеме показаны конденсаторы составленные из четырех низковольтных так как их легче найти, и выпрямитель так же состоит из двух параллельно включенных моста.

Дополнительные источники напряжения в 5V можно исключить при этом пиковая мощность снизится с 2048W до 1920W что несущественно.
Модуль P39 является системой мягкого запуска и состоит из реле, параллельно контактам которого включены резисторы суммарной мощностью в 150W и результирующим сопротивлением в 33 Ом.

У него будут различные габариты и сложность построения схемы. В статье будет затронуто сразу три типа усилителей - на транзисторах, микросхемах и лампах. И начать стоит именно с последних.

Ламповый УНЧ

Такие можно часто встретить в старой аппаратуре - телевизорах, радиоприемниках. Несмотря на устаревание, такая техника все еще пользуется популярностью у меломанов. Бытует мнение, будто ламповый звук намного чище и красивее, нежели «оцифрованный». Вполне возможно, во всяком случае такого эффекта, как от ламп, не добиться применением транзисторных схем. Стоит заметить, что схема усилителя звука (простейшая, с использованием ламп) может быть реализована на одном лишь триоде.

В данном случае необходимо сигнал подавать на сетку радиолампы. К катоду подводится напряжение смещения - корректируется путем подбора сопротивления в цепи. На анод через конденсатор и первичную обмотку трансформатора подается напряжение питания (свыше 150 Вольт). Соответственно, вторичная обмотка подключается к динамику. Но это простая схема, а на практике часто применяют двух- или трехкаскадные конструкции, в которых имеется предварительный и оконечный усилитель (на мощных лампах).

Недостатки и преимущества ламповых конструкций

Какой же недостаток может быть у ламповой техники? Выше было упомянуто о том, что анодное напряжение должно быть свыше 150 Вольт. Вдобавок к этому обязательно наличие переменного напряжения 6,3 В для питания нитей накалов ламп. Иногда требуется 12,6 В, так как существуют лампы с таким напряжением накала. Отсюда вывод - огромная необходимость использовать массивные трансформаторы.

Но есть плюсы, которые отличают ламповую технику от транзисторной: простота монтажа, долговечность, практически невозможно вывести из строя всю схему. Разве что разбить нужно баллон лампы, чтобы сломать ее. Чего не скажешь о транзисторах - чрезмерно нагретое жало паяльника или статика запросто могут разрушить структуру перехода. Такая же проблема и с микросхемами.

Транзисторные схемы

Выше приведена схема усилителя звука на транзисторах. Как можно заметить, она достаточно сложная - используется большое количество компонентов, которые позволяют всей системе работать. Но если разбить их на мелкие составляющие, то окажется, что не все так и сложно. И вся схема работает практически так же, как и вышеописанная на вакуумном триоде. По сути, полупроводниковый транзистор - это не что иное, как триод.

Простейшая конструкция - это схема на одном полупроводнике, на базу которого подается сразу три напряжения: от плюса питания через сопротивление положительное и от общего провода отрицательное, а также от источника сигнала. Снимается усиленный сигнал с коллектора. Выше приведена в пример схема усилителя звука (простейшая на транзисторах). Она в чистом виде не используется.

Микросхемы

Намного современнее и качественнее будет усилитель на микросхемах. Благо на сегодняшний день их великое множество. Простейшая схема усилителя звука на микросхеме содержит крайне малое количество элементов. И сделать самостоятельно хороший УНЧ сможет любой человек, который умеет более-менее сносно обращаться с паяльником. Как правило, микросхемы содержат пару-тройку конденсаторов и сопротивлений.

Все остальные элементы, необходимые для работы, имеются в самом кристалле. Но самое главное - это питание. Для некоторых конструкций нужно использовать двухполярные блоки питания. Зачастую проблема возникает именно в них. Микросхемы, которым нужно такое питание, например, довольно сложно использовать для изготовления автомобильного усилителя.

Полезные «примочки»

Раз уж начался разговор об усилителях на микросхемах, то нелишним будет упомянуть о том, что они могут использоваться с темброблоками. Специально для таких устройств выпускаются микросхемы. Они содержат в себе все необходимые компоненты, останется только правильно произвести монтаж всего устройства.

И у вас появится возможность производить регулировки тембра звучания музыки. Вкупе со светодиодным эквалайзером это будет не только удобным, но и красивым средством визуализации звука. И самое интересное для любителей автозвука - это, конечно же, возможность подключения сабвуфера. Но этому стоит посвятить отдельный раздел, ведь тема интересная и познавательная.

Сабвуфер - это просто

Преимущества современных усилителей на микросхемах

Рассмотрев все возможные типы усилителей, можно сделать вывод: наиболее качественные и простые изготавливаются только на современной элементной базе. Очень много микросхем выпускается именно для усилителей низких частот. В качестве примера можно привести УНЧ типа TDA с различными цифровыми обозначениями.

Они используются практически везде, так как имеются как маломощные, так и мощные микросхемы. Например, для портативных колонок компьютера лучше всего использовать микросхемы, у которых мощность не выше 2-3 Вт. А вот для автомобильной техники или акустики домашнего кинотеатра желательно применять микросхемы мощностью свыше 30 Вт. Но обратите внимание на то, что нуждаются в защите звука. Схемы должны содержать плавкий предохранитель, который защитит от короткого замыкания в цепи.

Плюс еще и в том, что не требуется массивный блок питания, поэтому можно без проблем использовать готовый, например, от ноутбука, ПК, старых МФУ (у новых, как правило, блок питания находится внутри). Легкость монтажа - это то, что важно для начинающих радиолюбителей. Единственное, что требуется для таких устройств, - это качественное охлаждение. Если речь идет о мощной технике, то придется устанавливать принудительное - один или несколько кулеров на радиаторе.

Схемы усилителей низких частот мало чем отличаются друг от друга, разве что ёмкостью используемых конденсаторов.Несмотря на то, что обычно в усилителе НЧ имеется хотя бы пара каскадов, для наработки опыта можно попробовать собрать простейший усилитель всего с одним транзистором (а соответственно, и с одним каскадом).

Предлагаемая ниже схема однокаскадного усилителя крайне проста, и в равной степени хорошо выполняется с помощью навесного (на основе обычных проводов и выводов), либо печатного (на основе печатных проводов, электропроводящих полосок) монтажа.

Рис.1: Схема однокаскадного транзистора

Схемы для сборки транзисторов имеют ряд условных обозначений:

R1 (2, 3, 4…) – резисторы;
C1 (2, 3, 4…) – конденсаторы;
B1 (2, 3, 4…) – динамик, телефон и т.д.;
T1 (2, 3, 4…) – .

Целесообразность сборки однокаскадного усилителя оправдывается исключительно необходимостью получения экспериментального опыта, и практическое его применение продемонстрирует достаточно низкое качество звучания, сходное с тем, что наблюдается у современной китайской техники.

Для сборки простого усилителя потребуется ряд деталей:

Транзистор КТ 817 (или аналогичный ему);
Резистор на 5 кОм, 0,25 Ватт;
Плёночный конденсатор на 0,22 – 1 микрофарад;
Динамик, дающий нагрузку на 4-8 Ом (1 – 3 Ватт);
Источник питания на 9 Вольт;
Источник сигнала (1 канал и заземление).

Величина резистора смещения R1 достигает десятков кОм и определяется опытным путём. Дело в том, что этот показатель вычисляется с учётом напряжением питания прибора, сопротивлением телефонного капсюля, коэффициентом передачи, свойственным выбранной разновидности транзистора. Начальной точкой отсчёта может служить сопротивление нагрузки, увеличенное как минимум в сотню раз.

Конденсатор (на схеме обозначается как C1) и уровень его ёмкости варьируется в диапазоне от 1 до 100 микрофарад, с увеличением ёмкости конденсатора прибор получает возможность. Назначение конденсатора (называемого также разделительным) заключается в том, чтобы пропускать переменный ток и отфильтровывать постоянный, не давая схеме замкнуться.

Для данной схемы уместно применение биполярного транзистора со структурой n-p-n и мощностью среднего и высокого уровня. Конденсатор желательно брать плёночный. Принимаемый сигнал можно получить через выход MP3-плеера. Собранный по данной схеме прибор можно оснастить потенциометром (на 50 000 Ом), позволяющим регулировать громкость.

При отсутствии в питающем блоке электролитического конденсатора с большой ёмкостью, понадобится установка электролита на 1000 – 2200 микрофарад, имеющего рабочее напряжение большее, чем в схеме.

Тому, кто не имел опыта работы с электроникой, следует знать, что при паянии составные элементы можно очень легко перегреть. Чтобы этого не произошло, лучше всего использовать паяльники на 25 Ватт, а прекращать пайку нужно через каждые 10 секунд непрерывного воздействия.

По сравнению с приведённой схемой однокаскадного усилителя НЧ, двухкаскадный обладает гораздо лучшими характеристиками, но его сборка не намного сложнее. Чтобы его сконструировать понадобится лишь последовательно соединить два простых каскада. Однако, при этом могут использоваться различные виды соединения, которые, конечно, влияют на качество и особенности передачи сигнала. Но в самом простом варианте можно просто соединить выход первого каскада с входом второго напрямую или через резистор. Связь такого типа соответственно называется непосредственной или резисторной. Степень усиления сигнала при этом равняется перемноженным коэффициентам усиления каждого из каскадов. К сожалению, последующее увеличение количества каскадов в усилителе не даёт аналогичного эффекта. Проблема в том, что величина коэффициента усиления определяется комплексно и достаточно сильно зависит от задержки во времени, то есть изменения фазы.

Современные модификации усилителей низких частот, обычно приводимые в журналах для радиолюбителей, проектируются с целью снижения уровня нелинейных искажений и увеличения выходной мощности, а также видоизменения иных параметров с целью увеличения КПД прибора.

Но вместе с тем, если стоит задача налаживания работы тех или иных устройств, а также решения каких-то спорных моментов экспериментальным путём, то может быть необходим простейший вариант усилителя, собираемый буквально за четверть часа. Основным требованием к такому прибору будет минимальное количество дефицитных компонентов, а также способность работать при широком разбросе уровней напряжения и сопротивления.

При эксплуатации усилителя низких частот не забывайте о том, что его показатели сильно зависят от температурных условий, особенно это касается самодельных устройств.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

Усилитель Э. Холтона пользуется большой популярностью среди звуковиков и аудиофилов. Схема этого усилителя низкой частоты была создана более 40 лет назад. Основные достоинства этого усилителя можно перечислять часами. Схема позволяет получить высокую мощность на выходе, что позволяет построить на основе этой схемы мощные концертные усилители с мощностью более 1000 ватт. Высокая мощность, сравнительно простая схема (не для начинающих, конечно) делают эту электросхему такой популярной. Выходной каскад усилителя работает в режиме АВ, это дает возможность использовать усилитель для широкополосной акустики.

Схема усилителя имеет несколько модернизаций. В основном повторяют схемы с мощностью от 200 до 800 ватт, редко до 1200, хотя на основе схемы Холтона можно построить усилители низкой частоты до 5000 ватт и более. Аудиофилами схема используется для питания мощных сабвуферных головок, Холтон одна из тех схем, которая может легко справляться с любой сабвуферной головкой, которые встречаются в магазинах. На основе этого усилители создаются усилители повышенной мощности, которые находят широкое применение в конкурсах по автозвуку, для раскачки сабвуферных головок с мощностью по несколько киловатт.

Классическая схема Холтона содержит 3 пары выходных транзисторов, почти всегда выходной каскад полевой. Ниже основные параметры схемы Холтона с 3-я парами выходного каскада.

Максимальное напряжение питания, ± В ±85 В на нагрузку 8 Ом. Максимальная выходная мощность, Вт при искажениях до 1% и напряжении питания: В скобках указан требуемый блок оконечных каскадов для получение указанной мощности.

±30 В
40 (О-1)
80 (О-1)
160 (О-2)

±35 В
60 (О-1)
120 (О-1)
240 (О-3)

±40 В
80 (О-1)
160 (О-2)
320 (О-4)

±45 В
100 (О-1)
200 (О-2)
400 (О-5)

±50 В
135 (О-2)
270 (О-3)
540 (О-6)

±55 В
160 (О-2)
320 (О-4)
640 (О-7)

±60 В
200 (О-2)
400 (О-4)
800 (О-8)

±65 В
240 (О-3)
480 (О-5)

±70 В
270 (О-3)
540 (О-6)

±75 В
310 (О-4)
620 (О-6)

±80 В
360 (О-4)
720 (О-7)

±85 В
410 (О-4)
820 (О-8)

Коф усиления, дБ 24

Нелинейные искажения при 2/3 от максимальной мощности, % 0,03%

Скорость нарастания выходного сигнала, не менее В/мкС 25

Единственной защитой являются эмиттерные резисторы, номинал которых может лежать в пределах от 0,22 до 0,49 Ом, незначительное отклонение никак повлияет на работу схемы. Коф. нелинейных искажения данной схемы не превышает 0,07% на частоте 18 кГц, Приведенная схема усилителя отличается от стандартной схемы Энтони Холтона лишь типами используемых транзисторов, поскольку оригинальные транзисторы, которые использовал автор, уже давно вышли из продажи.

Мощность представленной схемы может доходить со 800 ватт на нагрузку в 4 Ом, представьте эти 800 ватт в автомобиле или в квартире...

В нашем варианте имеем стереофонический усилитель Холтона с максимальной выходной мощностью 1600 ватт.

Для питания каждого канала имеется отдельный блок питания, в данном случае сетевые тороидальные трансформаторы на 1000 ватт каждый.