Простейшие усилители низкой частоты на транзисторах. Питание усилителя Питание усилителей нч

Усилитель звуковой частоты (УЗЧ), или усилитель низкой частоты (УНЧ) является одним из самых распространенных электронных устройств. Все мы получаем звуковую информацию, используя ту или иную разновидность УНЧ. Не все знают, но усилители низкой частоты используются также в измерительной технике, дефектоскопии, автоматике, телемеханике, аналоговой вычислительной технике и других областях электроники.

Хотя, конечно же, основное применение УНЧ – донести до нашего слуха звуковой сигнал с помощью акустических систем, преобразующих электрические колебания в акустические. И сделать это усилитель должен максимально точно. Только в этом случае мы получаем то удовольствие, которое доставляют нам любимая музыка, звуки и речь.

С появления в 1877 фонографа Томаса Эдисона до настоящего времени, ученые и инженеры боролись за улучшение основных параметров УНЧ: прежде всего за достоверность передачи звуковых сигналов, а также за потребительские характеристики, такие как потребляемая мощность, размеры, простота изготовления, настройки и использования.

Начиная с 1920-ых годов сформировалась буквенная классификация классов электронных усилителей, которая используется и по сей день. Классы усилителей отличаются режимами работы применяемых в них активных электронных приборов – электронных ламп, транзисторов и т.д. Основными «однобуквенными» классами являются A, B, C, D, E, F, G, H. Буквы обозначений классов могут сочетаться в случае совмещения некоторых режимов. Классификация не является стандартом, поэтому разработчики и производители могут использовать буквы достаточно произвольно.

Особое место в классификации занимает класс D. Активные элементы выходного каскада УНЧ класса D работают в ключевом (импульсном) режиме, в отличие от остальных классов, где большей частью используется линейный режим работы активных элементов.

Одним из основных преимуществ усилителей класса D является коэффициент полезного действия (КПД), приближающийся к 100%. Это, в частности, приводит к уменьшению рассеиваемой активными элементами усилителя мощности, и, как следствие, уменьшению размеров усилителя за счет уменьшения размеров радиатора. Такие усилители предъявляют значительно меньшие требования к качеству источника питания, который может быть однополярным и импульсным. Другим преимуществом можно считать возможность применения в усилителях класса D цифровых методов обработки сигнала и цифрового управления их функциями – ведь именно цифровые технологии преобладают в современной электронике.

С учетом всех этих тенденций компания Мастер Кит предлагает широкий выбор усилителей класса D , собранных на одной и той же микросхеме TPA3116D2, но имеющих различное назначение и мощность. А для того, чтобы покупатели не тратили время на поиски подходящего источника питания, мы подготовили комплекты усилитель + блок питания , оптимально подходящие друг к другу.

В этом обзоре мы рассмотрим три таких комплекта:

(Усилитель НЧ D-класса 2х50Вт + источник питания 24В / 100Вт / 4,5A);
(Усилитель НЧ D-класса 2х100Вт + источник питания 24В / 200Вт / 8,8A);
(Усилитель НЧ D-класса 1х150Вт + источник питания 24В / 200Вт / 8,8A).

Первый комплект предназначен, прежде всего для тех, кому необходимы минимальные размеры, стереозвук и классическая схема регулировки одновременно в двух каналах: громкость, низкие и высокие частоты. Он включает в себя и .

Сам двухканальный усилитель имеет беспрецедентно маленькие размеры: всего 60 х 31 х 13 мм, не включая ручек регуляторов. Размеры блока питания 129 х 97 х 30 мм, вес – около 340 г.

Несмотря на небольшие размеры, усилитель отдает в нагрузку 4 ома честные 50 ватт на канал при напряжении питания 21 вольт!

В качестве предварительно усилителя применена микросхема RC4508 – двойной специализированный операционный усилитель для аудиосигналов. Он позволяет идеально согласовать вход усилителя с источником сигнала, имеет крайне низкие нелинейные искажения и уровень шума.

Входной сигнал подается на трехконтактный разъем с шагом контактов 2,54 мм, напряжение питания и акустические системы подключаются с помощью удобных винтовых разъемов.

На микросхему TPA3116 с помощью теплопроводящего клея установлен небольшой радиатор, площади рассеяния которого вполне хватает даже на максимальной мощности.

Обращаем ваше внимание на то, что с целью экономии места и уменьшения размеров усилителя отсутствует защита от неверной полярности подключения источника питания (переполюсовки), поэтому будьте внимательны при подаче питания на усилитель.

С учетом небольших размеров и эффективности сфера применения комплекта весьма широка – от замены устаревшего или вышедшего из строя старого усилителя до очень мобильного звукоусилительного комплекта для озвучивания мероприятия или вечеринки.

Пример использования такого усилителя приведен .

На плате отсутствуют отверстия для крепления, но для этого с успехом можно использовать потенциометры, имеющие крепления под гайку.

Второй комплект включает в себя на двух микросхемах TPA3116D2, каждая из которых включена в мостовом режиме и обеспечивает до 100 ватт выходной мощности на канал, а также с выходным напряжением 24 вольта и мощностью 200 ватт.

С помощью такого комплекта и двух 100-ваттных акустических систем можно озвучить солидное мероприятие даже вне помещения!

Усилитель снабжен регулятором громкости с выключателем. На плате установлен мощный диод Шоттки для защиты от переполюсовки блока питания.

Усилитель снабжен эффективными фильтрами низкой частоты, установленными согласно рекомендациям производителя микросхемы TPA3116, и обеспечивающими совместно с ней высокое качество выходного сигнала.

Питающее напряжение и акустические системы подключаются с помощью винтовых разъемов.

Входной сигнал может быть подан как на трехконтактый разъем с шагом 2,54 мм, так и с помощью стандартного аудиоразъема типа Jack 3,5 мм.

Радиатор обеспечивает достаточное охлаждение обеих микросхем и прижимается к их термопадам винтом, расположенным с нижней части печатной платы.

Для удобства использования на плате также установлен светодиод зеленого свечения, сигнализирующий о включении питания.

Размеры платы, с учетом конденсаторов и без учета ручки потенциометра составляют 105 х 65 х 24 мм, расстояния между крепежными отверстиями - 98,6 и 58,8 мм. Размеры блока питания 215 х 115 х 30 мм, вес около 660 г.

Третий комплект представляет собой l и с выходным напряжением 24 вольта и мощностью 200 ватт.

Усилитель обеспечивает до 150 ватт выходной мощности на нагрузке 4 ома. Основное применение этого усилителя – построение качественного и энергоэффективного сабвуфера.

По сравнению со многими другими специализированными сабвуферными усилителями, MP3116btl отлично раскачивает низкочастотные динамики достаточно большого диаметра. Это подтверждается отзывами покупателей рассматриваемого УНЧ. Звук получается насыщенный и яркий.

Радиатор, занимающий большую часть площади печатной платы обеспечивает эффективное охлаждение TPA3116.

Для согласования входного сигнала на входе усилителя применена микросхема NE5532 – двухканальный малошумящий специализированный операционный усилитель. Он имеет минимальные нелинейные искажения и широкую полосу пропускания.

На входе также установлен регулятор амплитуды входного сигнала со шлицем под отвертку. С его помощью можно подстроить громкость сабвуфера под громкость основных каналов.

Для защиты от переполюсовки питающего напряжения на плате установлен диод Шоттки.

Питание и акустические системы подключаются с помощью винтовых разъемов.

Размеры платы усилителя 73 х 77 х 16 мм, расстояния между крепежными отверстиями – 69,4 и 57,2 мм. Размеры блока питания 215 х 115 х 30 мм, вес около 660 г.

Во все комплекты включены импульсные источники питания компании MEAN WELL.

Основанная в 1982 году, компания является ведущим производителем импульсных источников питания в мире. В настоящее время корпорация MEAN WELL состоит из пяти финансово независимых компаний-партнеров на Тайване, в Китае, США и Европе.

Продукция MEAN WELL характеризуется высоким качеством, низким процентом отказов и длительным сроком службы.

Импульсные источники питания, разработанные на современной элементной базе, удовлетворяют самым высоким требованиям по качеству выходного постоянного напряжения и отличаются от обычных линейных источников малым весом и высоким КПД, а также наличием защиты от перегрузки и короткого замыкания на выходе.

Источники питания LRS-100-24 и LRS-200-24, используемые в представленных комплектах, имеют светодиодный индикатор включения и потенциометр для точной регулировки выходного напряжения. Перед подключением усилителя проверьте выходное напряжения, и при необходимости выставьте его уровень на 24 вольта с помощью потенциометра.

В примененных источниках используется пассивное охлаждение, поэтому они совершенно бесшумны.

Необходимо отметить, что все рассмотренные усилители могут быть с успехом применены для конструирования звуковоспроизводящих систем для автомобилей, мотоциклов и даже велосипедов. При питании усилителей напряжением 12 вольт выходная мощность будет несколько меньше, но качество звука не пострадает, а высокий КПД позволяет эффективно питать УНЧ от автономных источников питания.

Также обращаем ваше внимание на то, что все рассмотренные в этом обзоре устройства можно приобрести по отдельности и в составе других комплектов на сайте .

Проект получил такое название в связи с тем, что многие радиолюбители, да и не только, любят слушать музыку на качественной аппаратуре. Для домашнего использования в этом особой проблемы нет, так как есть сеть 220 В и мы можем спокойно получить практически любое выходное напряжение с блока питания, и уже как следствие - запитать практически любой усилитель.

Другое дело обстоит с автомобилем, либо мобильным вариантом. К примеру, автономная работа от аккумулятора на репетиции или выступлении на открытом воздухе, где нет возможности подключиться к сети, инвертор с *кривой синусоидой* вносит искажения, а генератора попросту нет. Выход из ситуации - автомобильный усилитель, но он стоит довольно дорого, и чем выше качество и именитей производитель - тем выше цена. Прикинул, что к чему и решил совместить домашний высококачественный усилитель и автомобильный. А сделал я это следующим образом. Но обо всём по порядку.

Усилитель

Выбор пал на уже очень хорошо зарекомендовавший себя усилитель , почему не 2-ая версия, да потому, что если делать, то делать по максимуму, а в версии 2.5 были немного улучшены показатели по быстродействию, режиму работы и немного «растянута» вниз АЧХ.

Плату я немного подкорректировал, исходя из имеющихся у меня комплектующих. Вытравил, спаял, протестировал, отложил в сторонку.

Блок питания

Блок питания состоит из двух импульсных трансформаторов работающих на частоте 50 кГц, спросите почему так, ответ простой – это импульсник и я рассчитывал количество витков исходя из равномерного заполнения по слоям. Сердечники (магнитопровод) были взяты от компьютерных блоков питания и перемотаны на требуемое напряжение, я сделал «гибрид» из двух в один. В результате оба преобразователя имеют выход с мостов на общую батарею конденсаторов, то есть конденсаторы используются хоть при питании от сети 220 В, хоть от 12 В, трансформаторы соединены общими проводами на «Мекку» и никакого фона не наблюдается.

Номинальная мощность такого блока питания получилась свыше 350 Вт, конденсаторы на входе схемы импульсника 470 мкФ, ключи IRF840, схема «полумост», в качестве генератора IR2153, в преобразователе с 12 В: ШИМка TL494, ключи IRF3205, схема включения *пуш-пул*. Применил диодные сборки для плюсового плеча, а для минусового использовал диоды КД213, сборки закрепил на радиатор, в ходе испытаний -еле тёплые. На плате расположены держатели предохранителей для каждого плеча питания оконечных усилителей, питание защиты взято до мостов, припаяны одиночные диоды анодом к вторичкам, катоды соединяются и идут на плюс питания защиты. Таким образом защита запитана как при питании от 220 В, так и при питании от 12 В, а стабилизатор напряжения не даёт превысить питание защиты выше 24 В.

Емкость конденсаторов на выходе составляет 6600 мкФ на каждое плечо, что реально избыточно, хватило бы и 2200 мкФ на плечо (со стороны проводников печатной платы каждый шунтирован керамикой на 1,5 мкФ), но делать так делать, хуже от этого не стало точно, да и нагрузка на трансформатор снизиться и диодам будет полегче.

Радиатор для полевых транзисторов взял с очень большим запасом, вот просто он у меня давно пылился в шкафу, в результате после 6 часового «марш броска» на максимальной выходной мощности усилителя – радиатор практически комнатной температуры. Пришлось немного поработать напильником, дрелью, нарезать резьбу для крепления самого радиатора к плате и к транзисторам. После настал час притирки основания на 180-ой наждачной бумаге. В результате получился отличный радиатор, крепление транзисторов сделал так, чтобы выводы имели не большую длину, так как ток проходить будет относительно большой, хотя нагрева там не будет, но пусть лучше будет хорошо, чем станет плохо. Чтобы хорошо и аккуратно впаять транзисторы, следует их сначала закрепить на радиатор, а уже после крепления радиатора к плате – припаивать к дорожкам, так не возникнет внутренних напряжений.

На плате блока питания распаян C-L-C фильтр, предотвращающий прохождение помех от системы зажигания, при питании от 12 В. Распаян фильтр C-L-C для фильтрации сетевого напряжения 220 В. Дроссели в обоих случаях взяты от компьютерных блоков питания, первый это бывший ДГС – лишние обмотки смотаны, второй входной дроссель, его часто не ставят, а стоят перемычки, но ведь делаем для себя, так чего же экономить такую мелочь, если польза от неё есть. Предохранитель на 20 А у меня на проводе, такой вариант меня вполне устроил, мало того, что это достаточно надёжный контакт, так ещё и изоляция хорошая, да и вид не портит.

Питание IR2153 идёт через резистор 15 кОм/8 Вт, при длительной эксплуатации -нагрев в пределах нормы, даже палец смело можно держать (но при включенном блоке питания так поступать не следует, элементы схемы находятся под напряжением сети 220 В). Снаббер так же имеет резисторы с общей мощностью 4 Вт (что было то и ставил, зато практически еле тёплые). На входе блока питания стоит предохранитель 4 А, а так же термистор для «щадящего» включения. Можно обойтись и без него, но в момент включения через диоды моста проходит довольно большой ток, потому что конденсаторы в начале заряда имеют очень низкое сопротивление, которое по мере зарядки стремиться к бесконечности, по этому при пуске – термистор своим сопротивлением спасает от пробоя по току диоды мостика.

Защита

Какой же усилитель без защиты для колонок, какими бы они ни были, а бывает что цена за АС далеко переваливает стоимость усилителя, то экономить на таком узле нет смысла - себе дороже.

За основу взял печатную плату со стабилизацией питания, так же подкорректировал под размеры своих комплектующих, ввёл несколько приятных *плюшек*. Защита у меня с задержкой пол секунды, этого хватает, чтобы переходные процессы уже закончились, и включить усилитель без хлопков в колонках. Питается защита до основного выпрямителя питающего оконечники.

Кнопка включения

Теперь надо всё это включить, а как бы это сделать более интереснее, чем просто тумблером, кнопка с фиксацией - банально, кнопка без фиксации – уже лучше, но а если вообще без кнопки?!

Без кнопки не получиться, но саму кнопку можно спрятать или замаскировать под что-то. Замаскирую я её под индикатор сети, а что, всё равно его надо ставить, так почему бы не совместить сразу и кнопку и индикатор. Взял микрик, светодиод и прикинул схемку будущего выключателя/включателя.

Таймер NE555 отлично нам подходит, но что делать с его питанием, надо делать дежурное питание. Да так, чтобы было оно и от 12 В и от сети. На помощь пришла микросхема стабилизатора LM7805, мало мощный трансформатор, пара конденсаторов и диоды для моста.

Нажимая кнопку один раз – мы включаем питание, а включается оно благодаря исполнительным элементам на электромагнитных реле. Релюшки взял две, одна включает питание преобразователя с 220 В на ±35 В, вторая подключает дистанционное включение (REM) преобразователя 12 В на ±35 В. Почему две, а не одна с двумя парами контактов, а дело в том, что так попросту безопаснее. Но при этом ток проходящий через транзистор увеличивается в двое, маломощный транзистор греется и причём ощутимо, не долго думая установил отечественный КТ817, при этом ножки пришлось «перекрестить», но теперь ничего не греется.

Корпус

Материал для корпуса был взят «суровый Челябинский». А именно – холоднокатаный лист углеродистой стали толщиной 2 мм. Штука тяжёлая, но зато прочная, да и в руках его не носить, поставил и пусть себе стоит.

Прикинул как всё будет внутри располагаться. Нарезал резьбы М3, притёр на наждачке и куске стекла основания радиаторов. Разметил отверстия для крепления плат и перфорацию для лучшего охлаждения. Сначала размечаем точки маркером, затем керним, затем сверлим сверлом диаметром 2 мм, потом на 4 мм и 6 мм, снимаем фаски сверлом 6 мм и 8 мм соответственно. Так как крепёж будет с потайными головками, то делаем потаи.

Работа это прямо скажу не очень приятная, да ещё и после рабочего дня, но человек я ленивый и мне было лень занимать вечер следующего дня этим довольно нудным занятием, по этому сделал верх и низ за один вечер, закрепил сразу два листа металла струбцинами на куске ДСП, а сам ДСП в тисках, в результате получил вот такие дно и крышку с «ажурной» перфорацией.

Шлифуем окрашиваемые части корпуса, обезжириваем растворителем, заклеиваем скотчем основание радиаторов и грунтуем. Красим в три слоя, цвет «чёрный матовый», краска и грунт желательно брать одного производителя, иначе возможны казусы, краска сворачивается и грунт вздувается. Мне пришлось всё очистить и грунтовать заново, а потом красить уже другой краской, рекомендую «босни» хорошо держится и на солнце хорошо себя чувствует.

Сборка и настройка

Приступаем к сборке, первым делом крепим платы оконечных усилителей, затем прикручиваем дно (оно же шасси), проверяем оконечники, выставляем предварительные режимы работы, настраиваем ноль на выходе.

Выставляем ток покоя в районе 45-65 мА, что соответствует показаниям милливольтметра при сопротивлении резисторов в цепи эмиттеров 0,47 Ом (по два параллельно) 22-32 мВ. Подключаем и закрепляем защиту АС и блок питания.

Устанавливаем устройство включения кнопкой без фиксации. Прикручиваем крепление крышки усилителя к задней панели, предварительно все винты заливаем клеем ПВА для предотвращения самораскручивания.

Припаиваем светодиод на стеклотекстолит, это наша кнопка, которая будет оказывать давление на микрик, так как за счёт перекоса светодиода относительно оси, (толщина передней панели 2 мм) наращиваем толщину панели кусочком стеклотекстолита, теперь светодиод двигается без перекосов и не клинит. Прикручиваем переднюю панель, закрепляем микрик, выставляем зазор для свободного хода светодиода, так чтобы светодиод был слегка прижат к передней панели пружиной микрика, но при этом нигде не зажимал и имел ровный ход без перекосов. Провода от светодиода берём с запасом, они должны быть мягкими и не создавать дополнительного нажима на светодиод, желательно взять МГТФ.

Проверяем монтаж, проводим испытания с открытой крышкой, если что то работает не так как надо – будет проще решить проблему. Проверяем работу выключателя без фиксации. Закрываем крышку, прикручиваем винтами с потайными головками.

Заключение

Подключаем кабели и наслаждаемся хорошим звуком, не зависимо от того в доме это, в автомобиле или на природе, усилитель сохраняет работоспособность в диапазоне питания батареи от 9-18 В. При питании от сети, напряжение не должно превышать 260 В. В усилителе использован аналоговый трансформатор для дежурного питания, при желании можно использовать импульсный на напряжение от 5-35 В, всё равно питание NE555 и электромагнитных реле, осуществляется через стабилизатор напряжения LM7805.

С печатными платами в формате [.lay]

Изготовление хорошего источника питания для усилителя мощности (УНЧ) или другого электронного устройства - это очень ответственная задача. От того, каким будет источник питания зависит качество и стабильность работы всего устройства.

В этой публикации расскажу о изготовлении не сложного трансформаторного блока питания для моего самодельного усилителя мощности низкой частоты "Phoenix P-400".

Такой, не сложный блок питания можно использовать для питания различных схем усилителей мощности низкой частоты.

Предисловие

Для будущего блока питания (БП) к усилителю у меня уже был в наличии тороидальный сердечник с намотанной первичной обмоткой на ~220В, поэтому задача выбора "импульсный БП или на основе сетевого трансформатора" не стояла.

У импульсных источников питания небольшие габариты и вес, большая мощность на выходе и высокий КПД. Источник питания на основе сетевого трансформатора - имеет большой вес, прост в изготовлении и наладке, а также не приходится иметь дело с опасными напряжениями при наладке схемы, что особенно важно для таких начинающих как я.

Тороидальный трансформатор

Тороидальные трансформаторы, в сравнении с трансформаторами на броневых сердечниках из Ш-образных пластин, имеют несколько преимуществ:

меньший объем и вес;
более высокий КПД;
лучшее охлаждение для обмоток.

Первичная обмотка уже содержала примерно 800 витков проводом ПЭЛШО 0,8мм, она была залита парафином и заизолирована слоем тонкой ленты из фторопласта.

Измерив приблизительные размеры железа трансформатора можно выполнить расчет его габаритной мощности, таким образом можно прикинуть подходит ли сердечник для получения нужной мощности или нет.

Рис. 1. Размеры железного сердечника для тороидального трансформатора.

Габаритная мощность (Вт) = Площадь окна (см 2) * Площадь сечения (см 2)
Площадь окна = 3,14 * (d/2) 2
Площадь сечения = h * ((D-d)/2)

Для примера, выполним расчет трансформатора с размерами железа: D=14см, d=5см, h=5см.

Площадь окна = 3,14 * (5см/2) * (5см/2) = 19,625 см 2
Площадь сечения = 5см * ((14см-5см)/2) = 22,5 см 2
Габаритная мощность = 19,625 * 22,5 = 441 Вт.

Габаритная мощность используемого мною трансформатора оказалась явно меньшей чем я ожидал - где-то 250 Ватт.

Подбор напряжений для вторичных обмоток

Зная необходимое напряжение на выходе выпрямителя после электролитических конденсаторов, можно приблизительно рассчитать необходимое напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора.

Числовое значение постоянного напряжения после диодного моста и сглаживающих конденсаторов возрастет примерно в 1,3..1,4 раза, по сравнению с переменным напряжением, подаваемым на вход такого выпрямителя.

В моем случае, для питания УМЗЧ нужно двуполярное постоянное напряжение - по 35 Вольт на каждом плече. Соответственно, на каждой вторичной обмотке должно присутствовать переменное напряжение: 35 Вольт / 1,4 = ~25 Вольт.

По такому же принципу я выполнил приблизительный расчет значений напряжения для других вторичных обмоток трансформатора.

Расчет количества витков и намотка

Для питания остальных электронных блоков усилителя было решено намотать несколько отдельных вторичных обмоток. Для намотки катушек медным эмалированным проводом был изготовлен деревянный челнок. Также его можно изготовить из стеклотекстолита или пластмассы.

Рис. 2. Челнок для намотки тороидального трансформатора.

Намотка выполнялась медным эмалированным проводом, который был в наличии:

для 4х обмоток питания УМЗЧ - провод диаметром 1,5 мм;
для остальных обмоток - 0,6 мм.

Число витков для вторичных обмоток я подбирал экспериментальным способом, поскольку мне не было известно точное количество витков первичной обмотки.

Суть метода:

Выполняем намотку 20 витков любого провода;
Подключаем к сети ~220В первичную обмотку трансформатора и измеряем напряжение на намотанных 20-ти витках;
Делим нужное напряжение на полученное из 20-ти витков - узнаем сколько раз по 20 витков нужно для намотки.

Например: нам нужно 25В, а из 20-ти витков получилось 5В, 25В/5В=5 - нужно 5 раз намотать по 20 витков, то есть 100 витков.

Расчет длины необходимого провода был выполнен так: намотал 20 витков провода, сделал на нем метку маркером, отмотал и измерил его длину. Разделил нужное количество витков на 20, полученное значение умножил на длину 20-ти витков провода - получил приблизительно необходимую длину провода для намотки. Добавив 1-2 метра запаса к общей длине можно наматывать провод на челнок и смело отрезать.

Например: нужно 100 витков провода, длина 20-ти намотанных витков получилась 1,3 метра, узнаем сколько раз по 1,3 метра нужно намотать для получения 100 витков - 100/20=5, узнаем общую длину провода (5 кусков по 1,3м) - 1,3*5=6,5м. Добавляем для запаса 1,5м и получаем длину - 8м.

Для каждой последующей обмотки измерение стоит повторить, поскольку с каждой новой обмоткой необходимая на один виток длина провода будет увеличиваться.

Для намотки каждой пары обмоток по 25 Вольт на челнок были параллельно уложены сразу два провода (для 2х обмоток). После намотки, конец первой обмотки соединен с началом второй - получились две вторичные обмотки для двуполярного выпрямителя с соединением посередине.

После намотки каждой из пар вторичных обмоток для питания схем УМЗЧ, они были заизолированы тонкой фторопластовой лентой.

Таким образом были намотаны 6 вторичных обмоток: четыре для питания УМЗЧ и еще две для блоков питания остальной электроники.

Схема выпрямителей и стабилизаторов напряжения

Ниже приведена принципиальная схема блока питания для моего самодельного усилителя мощности.

Рис. 2. Принципиальная схема источника питания для самодельного усилителя мощности НЧ.

Для питания схем усилителей мощности НЧ используются два двуполярных выпрямителя - А1.1и А1.2. Остальные электронные блоки усилителя будут питаться от стабилизаторов напряжения А2.1 и А2.2.

Резисторы R1 и R2 нужны для разрядки электролитических конденсаторов, в момент когда линии питания отключены от схем усилителей мощности.

В моем УМЗЧ 4 канала усиления, их можно включать и выключать попарно с помощью выключателей, которые коммутируют линии питания платок УМЗЧ с помощью электромагнитных реле.

Резисторы R1 и R2 можно исключить из схемы если блок питания будет постоянно подключен к платам УМЗЧ, в таком случае электролитические емкости будут разряжаться через схему УМЗЧ.

Диоды КД213 рассчитаны на максимальный прямой ток 10А, в моем случае этого достаточно. Диодный мост D5 рассчитан на ток не менее 2-3А,собрал его из 4х диодов. С5 и С6 - емкости, каждая из которых состоит из двух конденсаторов по 10 000 мкФ на 63В.

Рис. 3. Принципиальные схемы стабилизаторов постоянного напряжения на микросхемах L7805, L7812, LM317.

Расшифровка названий на схеме:

STAB - стабилизатор напряжения без регулировки, ток не более 1А;
STAB+REG - стабилизатор напряжения с регулировкой, ток не более 1А;
STAB+POW - регулируемый стабилизатор напряжения, ток примерно 2-3А.

При использовании микросхем LM317, 7805 и 7812 выходное напряжение стабилизатора можно рассчитать по упрощенной формуле:

Uвых = Vxx * (1 + R2/R1)

Vxx для микросхем имеет следующие значения:

LM317 - 1,25;
7805 - 5;
7812 - 12.

Пример расчета для LM317: R1=240R, R2=1200R, Uвых = 1,25*(1+1200/240) = 7,5V.

Конструкция

Вот как планировалось использовать напряжения от блока питания:

+36В, -36В - усилители мощности на TDA7250
12В - электронные регуляторы громкости, стерео-процессоры, индикаторы выходной мощности , схемы термоконтроля, вентиляторы, подсветка;
5В - индикаторы температуры, микроконтроллер, панель цифрового управления.

Микросхемы и транзисторы стабилизаторов напряжения были закреплены на небольших радиаторах, которые я извлек из нерабочих компьютерных блоков питания. Корпуса крепились к радиаторам через изолирующие прокладки.

Печатная плата была изготовлена из двух частей, каждая из которых содержит двуполярный выпрямитель для схемы УМЗЧ и нужный набор стабилизаторов напряжения.

Рис. 4. Одна половинка платы источника питания.

Рис. 5. Другая половинка платы источника питания.

Рис. 6. Готовые компоненты блока питания для самодельного усилителя мощности.

Позже, при отладке я пришел к выводу что гораздо удобнее было бы изготовить стабилизаторы напряжений на отдельных платах. Тем не менее, вариант "все на одной плате" тоже не плох и по своему удобен.

Также выпрямитель для УМЗЧ (схема на рисунке 2) можно собрать навесным монтажом, а схемы стабилизаторов (рисунок 3) в нужном количестве - на отдельных печатных платах.

Соединение электронных компонентов выпрямителя показано на рисунке 7.

Рис. 7. Схема соединений для сборки двуполярного выпрямителя -36В+36В с использованием навесного монтажа.

Соединения нужно выполнять используя толстые изолированные медные проводники.

Диодный мост с конденсаторами на 1000pF можно разместить на радиаторе отдельно. Монтаж мощных диодов КД213 (таблетки) на один общий радиатор нужно выполнять через изоляционные термо-прокладки (терморезина или слюда), поскольку один из выводов диода имеет контакт с его металлической подкладкой!

Для схемы фильтрации (электролитические конденсаторы по 10000мкФ, резисторы и керамические конденсаторы 0,1-0,33мкФ) можно на скорую руку собрать небольшую панель - печатную плату (рисунок 8).

Рис. 8. Пример панели с прорезями из стеклотекстолита для монтажа сглаживающих фильтров выпрямителя.

Для изготовления такой панели понадобится прямоугольный кусочек стеклотекстолита. С помощью самодельного резака (рисунок 9), изготовленного из ножовочного полотна по металлу, прорезаем медную фольгу вдоль по всей длине, потом одну из получившихся частей разрезаем перпендикулярно пополам.

Рис. 9. Самодельный резак из ножовочного полотна, изготовленный на точильном станке.

После этого намечаем и сверлим отверстия для деталей и крепления, зачищаем тоненькой наждачной бумагой медную поверхность и лудим ее с помощью флюса и припоя. Впаиваем детали и подключаем к схеме.

Заключение

Вот такой, не сложный блок питания был изготовлен для будущего самодельного усилителя мощности звуковой частоты. Останется дополнить его схемой плавного включения (Soft start) и ждущего режима.

UPD : Юрий Глушнев прислал печатную плату для сборки двух стабилизаторов с напряжениями +22В и +12В. На ней собраны две схемы STAB+POW (рис. 3) на микросхемах LM317, 7812 и транзисторах TIP42.

Рис. 10. Печатная плата стабилизаторов напряжения на +22В и +12В.

Скачать - (63 КБ).

Еще одна печатная плата, разработанная под схему регулируемого стабилизатора напряжения STAB+REG на основе LM317:

Рис. 11. Печатная плата для регулируемого стабилизатора напряжения на основе микросхемы LM317.

Усилители низкой частоты (УНЧ) используют для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для непосредственного восприятия через электродинамические или иные излучатели звука.

Заметим, что высокочастотные усилители до частот 10... 100 МГц строят по аналогичным схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, во сколько частота высокочастотного сигнала превосходит частоту низкочастотного.

Простой усилитель на одном транзисторе

Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером, показан на рис. 1. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль. Допустимое напряжение питания для этого усилителя 3...12 В.

Величину резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, поскольку его оптимальная величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля, коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.

Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор.

Для выбора начального значения резистора R1 следует учесть, что его величина примерно в сто и более раз должна превышать сопротивление, включенное в цепь нагрузки. Для подбора резистора смещения рекомендуется последовательно включить постоянный резистор сопротивлением 20...30 кОм и переменный сопротивлением 100... 1000 кОм, после чего, подав на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, вращением ручки переменного резистора добиться наилучшего качества сигнала при наибольшей его громкости.

Величина емкости переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в пределах от 1 до 100 мкФ: чем больше величина этой емкости, тем более низкие частоты может усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 - 4).

Улучшениые варианты однотранзисторного усилителя

Усложненные и улучшенные по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителей приведены на рис. 2 и 3. В схеме на рис. 2 каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотнозависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор С2), улучшающей качество сигнала.

Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.

Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.

Рис. 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы транзистора.

В схеме на рис. 3 смещение на базу транзистора задано более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество работы усилителя при изменении условий его эксплуатации. «Автоматическая» установка смещения на базе усилительного транзистора применена в схеме на рис. 4.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах

Соединив последовательно два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Усиление такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления отдельно взятых каскадов. Однако получить большое устойчивое усиление при последующем наращивании числа каскадов нелегко: усилитель скорее всего самовозбудится.

Рис. 5. Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ.

Новые разработки усилителей НЧ, схемы которых часто приводят на страницах журналов последних лет, преследуют цель достижения минимального коэффициента нелинейных искажений, повышения выходной мощности, расширения полосы усиливаемых частот и т.д.

В то же время, при наладке различных устройств и проведении экспериментов зачастую необходим несложный УНЧ, собрать который можно за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное число дефицитных элементов и работать в широком интервале изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Схема УНЧ на полевом и кремниевом транзисторах

Схема простого усилителя мощности НЧ с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется номиналом потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. На выход усилителя можно подключать нагрузку сопротивлением от 2...4 до 64 Ом и выше.

При высокоомной нагрузке в качестве VT2 можно использовать транзистор КТ315. Усилитель работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 3 до 15 В, хотя приемлемая работоспособность его сохраняется и при снижении напряжения питания вплоть до 0,6 В.

Емкость конденсатора С1 может быть выбрана в пределах от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 =100 мкФ) УНЧ может работать в полосе частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.

Рис. 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.

Амплитуда входного сигнала УНЧ не должна превышать 0,5...0,7 В. Выходная мощность усилителя может изменяться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и величины питающего напряжения.

Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливают напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50...60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 должен быть установлен на теплоотводя-щей пластине (радиаторе).

Трекаскадный УНЧ с непосредственной связью

На рис. 7 показана схема другого внешне простого УНЧ с непосредственными связями между каскадами. Такого рода связь улучшает частотные характеристики усилителя в области нижних частот, схема в целом упрощается.

Рис. 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами.

В то же время настройка усилителя осложняется тем, что каждое сопротивление усилителя приходится подбирать в индивидуальном порядке. Ориентировочно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30...50) к 1. Резистор R1 должен быть 0,1...2 кОм. Расчет усилителя, приведенного на рис. 7, можно найти в литературе, например, [Р 9/70-60].

Схемы каскадных УНЧ на биполярных транзисторах

На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных УНЧ на биполярных транзисторах. Такие усилители имеют довольно высокий коэффициент усиления Ку. Усилитель на рис. 8 имеет Ку=5 в полосе частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 при коэффициенте гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [РЛ 3/99-10].

Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.

Рис. 9. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 100.

Экономичный УНЧ на трех транзисторах

Для портативной радиоэлектронной аппаратуры важным параметром является экономичность УНЧ. Схема такого УНЧ представлена на рис. 10 [РЛ 3/00-14]. Здесь использовано каскадное включение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включен таким образом, что стабилизирует рабочую точку VT1 и VT3.

При увеличении входного напряжения этот транзистор шунтирует переход эмиттер — база VT3 и уменьшает значение тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT3.

Рис. 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.

Как и в приведенной выше схеме (см. рис. 6), входное сопротивление этого УНЧ можно задавать в пределах от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль, например, ТК-67 или ТМ-2В. Телефонный капсюль, подключаемый при помощи штекера, может одновременно служить выключателем питания схемы.

Напряжение питания УНЧ составляет от 1,5 до 15 В, хотя работоспособность устройства сохраняется и при снижении питающего напряжения до 0,6 В. В диапазоне напряжения питания 2... 15 В потребляемый усилителем ток описывается выражением:

1(мкА) = 52 + 13*(Uпит)*(Uпит),

где Uпит - напряжение питания в Вольтах (В).

Если отключить транзистор VT2, потребляемый устройством ток увеличивается на порядок.

Двухкаскадные УНЧ с непосредственной связью между каскадами

Примерами УНЧ с непосредственными связями и минимальным подбором режима работы являются схемы, приведенные на рис. 11 - 14. Они имеют высокий коэффициент усиления и хорошую стабильность.

Рис. 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (низкий уровень шумов, высокий КУ).

Рис. 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.

Рис. 13. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315 - вариант 2.

Микрофонный усилитель (рис. 11) характеризуется низким уровнем собственных шумов и высоким коэффициентом усиления [МК 5/83-XIV]. В качестве микрофона ВМ1 использован микрофон электродинамического типа.

В роли микрофона может выступать и телефонный капсюль. Стабилизация рабочей точки (начального смещения на базе входного транзистора) усилителей на рис. 11 - 13 осуществляется за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении второго каскада усиления.

Рис. 14. Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.

Усилитель (рис. 14), имеющий высокое входное сопротивление (порядка 1 МОм), выполнен на полевом транзисторе VT1 (истоковый повторитель) и биполярном — VT2 (с общим).

Каскадный усилитель низкой частоты на полевых транзисторах, также имеющий высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.

Рис. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.

Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой

Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.

Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.

Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов СЗ, С4.

Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.

Если вам нужна схема простого лампового УНЧ то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.

Хотя, конечно же, основное применение УНЧ - донести до нашего слуха звуковой сигнал с помощью акустических систем, преобразующих электрические колебания в акустические. И сделать это усилитель должен максимально точно. Только в этом случае мы получаем то удовольствие, которое доставляют нам любимая музыка, звуки и речь.

С появления в 1877 фонографа Томаса Эдисона до настоящего времени ученые и инженеры боролись за улучшение основных параметров УНЧ: прежде всего за достоверность передачи звуковых сигналов, а также за потребительские характеристики, такие как потребляемая мощность, размеры, простота изготовления, настройки и использования.

Начиная с 1920-х годов сформировалась буквенная классификация классов электронных усилителей, которая используется и по сей день. Классы усилителей отличаются режимами работы применяемых в них активных электронных приборов - электронных ламп, транзисторов и т.д. Основными «однобуквенными» классами являются A, B, C, D, E, F, G, H. Буквы обозначений классов могут сочетаться в случае совмещения некоторых режимов. Классификация не является стандартом, поэтому разработчики и производители могут использовать буквы достаточно произвольно.

Одним из основных преимуществ усилителей класса D является коэффициент полезного действия (КПД), приближающийся к 100%. Это, в частности, приводит к уменьшению рассеиваемой активными элементами усилителя мощности, и, как следствие, уменьшению размеров усилителя за счет уменьшения размеров радиатора. Такие усилители предъявляют значительно меньшие требования к качеству источника питания, который может быть однополярным и импульсным. Другим преимуществом можно считать возможность применения в усилителях класса D цифровых методов обработки сигнала и цифрового управления их функциями - ведь именно цифровые технологии преобладают в современной электронике.

С учетом всех этих тенденций компания Мастер Кит предлагает широкий выбор усилителей класса D , собранных на одной и той же микросхеме TPA3116D2, но имеющих различное назначение и мощность. А для того, чтобы покупатели не тратили время на поиски подходящего источника питания, мы подготовили комплекты усилитель + блок питания , оптимально подходящие друг к другу.

В этом обзоре мы рассмотрим три таких комплекта:

MP3116mini + LRS-100-24 (Усилитель НЧ D-класса 2×50 Вт + источник питания 24 В / 100 Вт / 4.5A);
MP3116 + LRS-200-24 (Усилитель НЧ D-класса 2×100 Вт + источник питания 24 В / 200 Вт / 8.8A);
MP3116btl + LRS-200-24 (Усилитель НЧ D-класса 1×150 Вт + источник питания 24 В / 200 Вт / 8.8A).

Первый комплект предназначен, прежде всего, для тех, кому необходимы минимальные размеры, стереозвук и классическая схема регулировки одновременно в двух каналах: громкость, низкие и высокие частоты. Он включает в себя усилитель MP3116mini и блок питания LRS-100-24 .

Сам двухканальный усилитель имеет беспрецедентно маленькие размеры: всего 60 × 31 × 13 мм, не включая ручек регуляторов. Размеры блока питания 129 × 97 × 30 мм, вес - около 340 г.

В качестве предварительно усилителя применена микросхема RC4508 - двойной специализированный операционный усилитель для аудиосигналов. Он позволяет идеально согласовать вход усилителя с источником сигнала, имеет крайне низкие нелинейные искажения и уровень шума.

Входной сигнал подается на трехконтактный разъем с шагом контактов 2.54 мм, напряжение питания и акустические системы подключаются с помощью удобных винтовых разъемов.

С учетом небольших размеров и эффективности сфера применения комплекта весьма широка - от замены устаревшего или вышедшего из строя старого усилителя до очень мобильного звукоусилительного комплекта для озвучивания мероприятия или вечеринки.

Пример использования такого усилителя приведен .

Второй комплект включает в себя стереоусилитель MP3116 на двух микросхемах TPA3116D2, каждая из которых включена в мостовом режиме и обеспечивает до 100 ватт выходной мощности на канал, а также с выходным напряжением 24 вольта и мощностью 200 ватт.

Питающее напряжение и акустические системы подключаются с помощью винтовых разъемов.

Входной сигнал может быть подан как на трехконтактый разъем с шагом 2.54 мм, так и с помощью стандартного аудиоразъема типа Jack 3.5 мм.

Размеры платы, с учетом конденсаторов и без учета ручки потенциометра составляют 105 × 65 × 24 мм, расстояния между крепежными отверстиями - 98.6 и 58.8 мм. Размеры блока питания 215 × 115 × 30 мм, вес около 660 г.

Третий комплект представляет собой одноканальный усилитель низкой частоты MP3116btl и блок питания LRS-200-24 с выходным напряжением 24 вольта и мощностью 200 ватт.

Усилитель обеспечивает до 150 ватт выходной мощности на нагрузке 4 ома. Основное применение этого усилителя - построение качественного и энергоэффективного сабвуфера.

Радиатор, занимающий большую часть площади печатной платы, обеспечивает эффективное охлаждение TPA3116.

Для согласования входного сигнала на входе усилителя применена микросхема NE5532 - двухканальный малошумящий специализированный операционный усилитель. Он имеет минимальные нелинейные искажения и широкую полосу пропускания.

Для защиты от переполюсовки питающего напряжения на плате установлен диод Шоттки.

Питание и акустические системы подключаются с помощью винтовых разъемов.

Размеры платы усилителя 73 × 77 × 16 мм, расстояния между крепежными отверстиями - 69.4 и 57.2 мм. Размеры блока питания 215 × 115 × 30 мм, вес около 660 г.

Во все комплекты включены импульсные источники питания компании MEAN WELL.

Продукция MEAN WELL характеризуется высоким качеством, низким процентом отказов и длительным сроком службы.

В примененных источниках используется пассивное охлаждение, поэтому они совершенно бесшумны.

Также обращаем ваше внимание на то, что все рассмотренные в этом обзоре устройства можно приобрести по отдельности и в составе других комплектов на сайте