Полный шестиканальный усилитель НЧ для персонального компьютера и DVD

Рейтинг: 5 / 5

Подробности: Категория: УМЗЧ на микросхемах; Опубликовано: 26.06.2018 08:25; Просмотров: 4031

Понравилась статья - поделись с друзьями

В радиолюбительской литературе довольно часто встречаются описания усилителей мощности НЧ (УМНЧ) для усиления звуковых сигналов с линейного выхода видеокарты персонального компьютера. Изредка этот УМНЧ дополнен предварительным усилителем с блоком регуляторов тембра. Ну а схем полного усилителя НЧ с блоком питания, электронным индикатором уровня, коммутатором входов практически не встречается. В этой статье я постараюсь в меру своих способностей и возможностей восполнить этот пробел. Особенности конструкции. При конструировании я не ставил перед собой задачу создать усилитель на все случаи жизни. Он состоит только из действительно нужных в работе блоков. Данный шестиканальный усилитель рассчитан на работу с сигналами, поступающими от звуковой карты и DVD проигрывателя. Его усилитель мощности состоит из 5 идентичных каналов мощностью по 22 ватт каждый и одного сабвуферного канала на 40 ватт.

Особенностью всех каналов является однополярное питание напряжением всего лишь 15,5 вольт от транзисторного стабилизатора. Его нетрудно несколько увеличить, но делать свыше 16,5 Вольт весьма не рекомендую. При напряжении в 18 Вольт усилители мощности (особенно канала сабвуфера) почти наверняка весьма скоро выйдут из строя.
На вход усилителя сигнал поступает через разъёмы, расположенные на задней стенке корпуса. Можно одновременно подключить два источника сигнала. Переключение входов производится с помощью электромагнитных реле. Далее сигнал поступает на фильтр, где обрезаются частоты выше 20 кГц, а оттуда на усилители мощности. Темброблок и регуляторы громкости не предусмотрены, так как подавляющее большинство проигрывателей DVD и все звуковые карты компьютеров прекрасно справляются с этими функциями сами. Но при желании можно ввести эти регуляторы в усилитель. К выходу усилителя мощности каждого из каналов подключен электронный индикатор уровня сигнала на светодиодах.
Особенностью данного усилителя является отсутствие специальных радиаторов под микросхемы УМНЧ и регулирующие транзисторы. Эту роль успешно выполняет дюралюминиевое шасси усилителя. Диэлектрические прокладки под них не требуются, что улучшает отвод тепла.

Блок питания.
Блок питания (рис. 1) построен по несколько необычной схеме. Во-первых: регулирующий транзистор включён по схеме с общим эмиттером, что позволяет весьма простыми способами достичь минимально возможной разницы между входным и выходным напряжением и, следовательно - высокого КПД. Другой особенностью стабилизатора является применение двух выпрямителей переменного напряжения: основной на диодах VD1-VD4 и вспомогательный на диодах VD5-VD8. Вспомогательный выпрямитель предназначен для питания каскада на транзисторе VT4. Можно обойтись и без этого выпрямителя, увеличив номинал резисторов R2 и R7 до соответственно 2 кОм и 150 Ом, но ухудшится экономичность стабилизатора. Транзистор VT4 тогда придётся поставить на радиатор площадью не менее 15 см2. Все элементы, относящиеся к вспомогательному выпрямителю, в этом случае не понадобятся. Выводы деталей, подключённые к плюсовому проводу вспомогательного выпрямителя, следует присоединить к аналогичному выходу основного выпрямителя. Для того чтобы при этом не ухудшилась экономичность нужно заменить транзистор КТ863А мощным полевым типа КП727А (лучше поставить два-три параллельно включённых таких транзистора без всяких уравнивающих ток резисторов). Можно применить другие подходящие по параметрам отечественные или импортные транзисторы с сопротивлением сток-исток в открытом состоянии не более 0,1 Ом, допустимым напряжением между стоком и истоком не менее 30 В. Между затвором и истоком полезно включить для повышения надёжности работы любой маломощный стабилитрон на напряжение 12-15 В. Анод стабилитрона соединяется с истоком.
Транзистор VT5 обязательно должен иметь хороший тепловой контакт с шасси усилителя. Более того, требуется параллельно включить не менее двух транзисторов VT5 типа КТ863А и соответственно резисторов R9 и R7 в таком же количестве (рис. 1.1).

На схеме (рис. 1) всё показано в одном экземпляре для упрощения. Транзистор КТ863А обладает редкой совокупностью очень ценных параметров: большой максимальный ток коллектора (10 А), большой коэффициент передачи тока базы при этом токе (более 100) и весьма малое напряжение насыщения коллектор-эмиттер (менее 0,3 V) при этом же токе коллектора. Поэтому данный стабилизатор начинает нормально работать при напряжении на входе менее чем на 0,5 вольта больше выходного, что позволяет получить хороший КПД. Транзисторы КТ863А можно заменить транзисторами КТ819 с любым буквенным индексом и в любом корпусе, но потребуется подобрать экземпляры с приемлемыми параметрами. В качестве диодов VD1-VD4 можно применить любые, выдерживающие прямой средний ток не менее 10 А. Обратное допустимое напряжение на диодах не должно быть меньше 35 вольт. Если нужно получить меньшие потери в мостовом выпрямителе, нужно применить устаревшие германиевые мощные диоды или кремниевые диоды с барьером Шоттки, рассчитанные на напряжение и токи не менее указанных. Можно применить монолитные мостовые выпрямители, но они должны быть рассчитаны на силу выпрямленного тока не менее 15 А.
Стабилизатор собран на плате из стеклотекстолита размером 40x50 мм. Крупные детали стабилизатора и регулирующие транзисторы VT5 типа КТ863А расположены вне платы непосредственно на шасси. Электролитические конденсаторы можно применить любые подходящие по размеру, все остальные конденсаторы керамические или типа МБМ на напряжение не ниже указанного на схеме. Микросхемы DA1, DA2, DA3, транзисторы VT5 устанавливаются с помощью винтов непосредственно на металлическое шасси без изолирующих прокладок.
Для трансформатора питания удобно использовать трансформатор ТС-180 или ТСА-180 от лампово-полупроводниковых чёрно-белых телевизоров. Все вторичные обмотки удаляются и наматываются новые. Для выполнения обмотки II потребуется жгут содержащий 64 витков любого медного эмалированного провода общим сечением не менее 4 мм2, а обмотки III - 18 витков провода диаметром по меди не менее 0,4 мм. Если провод алюминиевый, то его сечение должно быть в 1,5 раза больше. Нужно только не забыть разделить каждую обмотку на две равные части, намотанные на разных катушках. Выпускалось несколько модификаций данных трансформаторов и, возможно, придется уточнить реальное количество витков. При правильном выборе для тока равного 5 А отдаваемым блоком питания по цепи 15,5 вольт, напряжение на конденсаторе С11 должно быть равно 20 вольтам, а на конденсаторе С10 составлять 5 вольт. Напряжение на входе трансформатора должно быть при измерении равно ровно 220 вольт. В сеть должны быть включены выводы № 1 от обоих полуобмоток первичной обмотки, а выводы № 3 (не № 2!) соединены между собой. Диапазон нормальной работы правильно изготовленного блока питания от 176 до 264 вольт в сети. В течение нескольких минут блок без вредных для себя последствий выдерживает входное переменное напряжение до 300 вольт.
При налаживании блока удобно применять для регулировки входного напряжения автотрансформатор. Для уменьшения гудения сердечник полезно покрыть каким-нибудь лаком. У меня трансформатор намотан на тороидальном магнитопроводе с неизвестными параметрами обмоток (максимальной мощность на нагрузке не менее 300 ватт), поэтому его данные привести не могу. Но испытывался усилитель перед окончательной сборкой с выше описанным трансформатором.
Стабилизатор практически не требует налаживания. Может только потребоваться подбор резистора R6 для получения выходного напряжения около 15,5 вольт. Стабилизатор имеет одну интересную особенность: при замене транзисторов VT1 и VT2 германиевыми транзисторами типа МП25Б или МП26Б стабилизатор приобретает отрицательное (?!) выходное сопротивление величиной около 0,3 Ом, т. е. при увеличении тока нагрузки увеличивается выходное напряжение. Самовозбуждение при этом отсутствует. Я так и не понял - почему так происходит! С кремниевыми транзисторами данный эффект совершенно не проявляется.

Можно также применить более простой стабилизатор на микросхеме КР142ЕН8В с дополнительным регулирующим транзистором КТ818 (рис. 2), но минимальное прямое падение напряжения для обеспечения нормальной работы стабилизатора составит в этом случае не менее 3 вольт. Правда при этом понадобится всего одна вторичная обмотка трансформатора питания. Корпус регулирующего транзистора придётся при этом изолировать от шасси усилителя. Для повышения надёжности также придётся применить не менее двух параллельно включённых транзисторов. Количество витков вторичной обмотки трансформатора нужно увеличить до 71 (2 х 35,5). Вместо транзисторов КТ818 можно применить транзисторы ГТ806 также с любым буквенным индексом, но их потребуется не менее трёх штук и усложнится крепление к радиатору. Оба варианта блока питания взаимозаменяемы между собой, но первый вариант (рис. 1) является несколько более экономичным ввиду существенно меньшего минимального прямого падения напряжения на регулирующем транзисторе. Обозначения одноимённых выводов блоков также совпадают.
Данный усилитель способен работать и от двенадцативольтового автомобильного или мотоциклетного аккумулятора. Это может потребоваться, например, при работе совместно с ноутбуком. Минусовой провод аккумулятора соединяется с шасси усилителя, а плюсовой подключается к клемме 15 В. Стабилизатор 15 В (рис. 1 и рис. 2} можно не отключать от остальной схемы при работе от аккумулятора. Максимальная выходная мощность каждого канала усилителя при этом уменьшиться примерно на 35% при напряжении на аккумуляторе 12,6 В. Потребляемый от блока питания ток может достигать 15 А при работе усилителя в режиме максимальной мощности, поэтому желательно применять аккумуляторы ёмкостью не менее 60 А-час для обеспечения приемлемой продолжительности непрерывной работы.
Усилители мощности.

Усилитель мощности состоит из 5 одинаковых блоков выходной мощностью 22 ватта на канал собранных по типовой схеме (рис. 3) и одного низкочастотного УМНЧ для канала сабвуфера с выходной мощностью 40 ватт (рис. 4). Схема последнего также не имеет особенностей за исключением номиналов нескольких деталей. В несколько раз по сравнению с типовой увеличена ёмкость конденсаторов С11, С13 (даже параллельно подключены дополнительные конденсаторы). Это позволило снизить нижнюю граничную частоту усилителя до 20 Гц. Уменьшение ёмкости этих конденсаторов приведёт не к сужению полосы пропускания усилителя как ошибочно указано в Л5, а к уменьшению выходной мощности примерно до 10 ватт и к очень резкому увеличению искажений в самой низкочастотной области (и не только) при попытке увеличить мощность усилителя свыше этого значения. Все детали этого усилителя, за исключением конденсаторов С11-С14 установлены на печатной плате размером 80x45 мм.
Детали 22-ваттных усилителей (рис. 4) размещены навесным способом ввиду предельной простоты схемы. Требуется только обеспечить минимально возможную длину соединительных проводов. Питание всех усилителей мощности подводится медными проводами с сечением проводящей жилы не менее 1 мм2 виду большого потребляемого тока. Такое же требование предъявляется к проводам, подключающим акустические системы. На рис. 4 показана только схема двух каналов. Для канала 5 используется только половина микросхемы. Незадействованные выводы никуда не подключены. Одноимённые выводы питания и управления всех каналов соединены параллельно. Усилитель, собранный по данной схеме совершенно не имеет склонности к самовозбуждению. Но если вследствие крайне неудачного монтажа это явление происходит, то между выходами каналов (например, между выводами 4 и 6 микросхемы) следует включить стандартные цепочки из последовательно соединённых двухомных резисторов любой мощности и конденсатора типа МБМ ёмкостью 0,05 мкФ. Самовозбуждение может произойти и из-за слишком длинных соединительных проводов к АС (более 5. ..6 метров).
Переключатель входов.
Данный блок предназначен для предварительной фильтрации высокочастотных помех наводимых на выходы звуковой карты от узлов компьютера и переключения источников сигнала. Частоты импульсных токов в компьютерах имеют очень широкий спектр и достигают нескольких гигагерц. На таких частотах провода длиной всего лишь несколько сантиметров
играют роль эффективной антенны. Так как звуковые карты практически не экранированы, то всё это удовольствие по соединительным кабелям легко попадает на входы усилителя НЧ. На переходах транзисторов эти помехи детектируются и в таком виде уже могут стать слышимыми, что и выявляется легко на практике. Все простые усилители (и не только) не имеют каких либо входных фильтров. Такое упрощение приводит к значительному ухудшению качества звука за счёт проникновения напряжения выше названных помех на вход усилителя мощности и последующего воспроизведения их громкоговорителями.
Входной фильтр данного блока задерживает сигналы с частотами выше 10 МГц. Не следует упрощать фильтр, перенеся подключения дросселей после прохождения сигнала через контакты реле. Часть наиболее высокочастотных помех благодаря паразитным ёмкостям и индуктивностям монтажа и контактов реле без труда проникает на вход усилителя НЧ. Поэтому в качестве конденсаторов С11, С12, С21, С22 и т. д. советую применять проходные конденсаторы. Входные разъёмы (количество зависит от исполнения) рекомендую закрыть экраном, изготовленном из тонкой лужёной жести. В стенке этого экрана просверлены отверстия в которых пайкой закреплены все проходные конденсаторы. Дроссели L11 - L62 припаяны непосредственно между выводами входных разъёмов и проходных конденсаторов. Эти дроссели изготовлены плотной рядовой намоткой 24 витков медного эмалированного провода диаметром около 0,25 мм на оправке диаметром 3 мм и растянуты до длины 12 мм. Далее сигнал поступает на простейший шестиканальный фильтр первого порядка, обрезающий частоты выше примерно 22 кГц (для сабвуферного канала - выше 450 Гц). Дальнейшая фильтрация звукового сигнала производится следующим узлом. Можно, конечно, обойтись без него, но качество звука получится заметно хуже. В этом случае верхние по схеме выводы подстроечных резисторов регуляторов чувствительности R12, R22, R32, R42, R52, R62 следует подключить к общему проводу. Принципиальная схема переключателя входов усилителя показана на рисунке 5.

Особое внимание следует обратить на тип применяемых реле. Их контакты должны быть рассчитаны на работу при очень малых токах. Реле открытого исполнения с контактами из серебра не могут обеспечить устойчивого соединения при малом протекающем токе из-за оксидной плёнки на них. В результате получается нестабильное сопротивление контактов и повышенные низкочастотные шумы. Можно применять реле с золочёными контактами или герконовые, рассчитанные на напряжение срабатывания 9-12 вольт. Я установил три реле РЭС-47 (паспорт РФ4500 417) содержащие по два переключающих контакта. Реле должны чётко срабатывать при напряжении на обмотке около 12 вольт. Все конденсаторы ёмкостью 1000 пФ - слюдяные, остальные типа МБМ, желательно до 1991 года выпуска как справедливо указано в (Л6). Керамические конденсаторы применять категорически не рекомендую.
Переключением реле управляет обычный транзисторный триггер. Выбор нужного входа осуществляется кратковременным нажатием нужных кнопок SW1 или SW2. Меры для принудительного включения какого то определённого входа при подаче напряжения питания на усилитель не принимались. Ввиду разброса параметров транзисторов какой-то из каналов будет включаться всегда первым. Принудительного включения определённого канала можно достичь, включив параллельно резистору R4 или R5 конденсатора любого типа ёмкостью около 1 мкФ. Транзисторы триггера могут быть практически любые маломощные прямой проводимости (кремниевые или германиевые), выдерживающие напряжение коллектор-эмиттер не менее 15 В. Допустимый ток коллектора транзистора VT3 должен быть не менее чем суммарный ток обмоток применённых реле. Вместо электронного триггера можно применить микропереключатель подходящих габаритов. Коммутировать входы усилителя непосредственно с помощью контактов переключателя не советую - потребуется вести длинные провода и контакты большинства переключателей в режиме микротоков работают весьма нестабильно.
Если усилителю предстоит работать только с одним источником сигнала то схему данного блока можно значительно упростить, оставив только элементы частотных фильтров.
Блок входных фильтров.
Здесь происходит фильтрация помех частотами выше 20 кГц образующихся непосредственно в аналого-цифровом преобразователе звуковой карты транзисторным фильтром второго порядка. Это не такая простая задача, так как спектр помех вплотную примыкает к верхним частотам звукового диапазона. Затухание сигнала с частотами выше 20 кГц (с учетом вклада предыдущего блока) достигает 18 дб на октаву.
Данный блок собран на транзисторах, а не на операционных усилителях (ОУ) в основном по двум причинам. Первая - большинство ОУ требуют двухполярного питания. Во-вторых -сравнительное испытание макетов фильтров на операционных усилителях (у меня в достаточном количестве были только К140УД6) и по данной схеме выявило некоторое преимущество в качестве работы транзисторной схемы в ходе прослушивания усилителя Скорее всего, современные высокоскоростные ОУ позволят получить, по меньшей мере, не худшие результаты работы, но я не проверял на практике. Коэффициент передачи тока базы применённых транзисторов должен лежать для нормальной работы в достаточно широких пределах от 100 до 400. Блок испытывался с различными типами маломощных кремниевых и германиевых транзисторов. Наилучшие результаты по субъективным ощущениям к моему удивлению оказались у блока выполненного на транзисторах П416Б. Но разница в звучании по сравнению с транзисторами типа КТ361Б или КТ3107Е оказалась небольшой. Если требуется увеличить подавление помех, то последовательно можно включить ещё один такой блок. Можно применить непосредственное подключение к эмиттеру транзистора предшествующего каскада без применения разделительных конденсаторов (рис, 6).

Ослабление помех с частотой выше 20 кГц достигнет примерно 30 дб на октаву.
Виду того, что номиналы деталей схем фильтров каналов 1-5 одинаковы, то на рисунке изображён только один из них. Номиналы некоторых деталей сабвуферного канала и его схема незначительно изменены. Все конденсаторы ёмкостью 1000 пф слюдяные, конденсатор С1 - любой малогабаритный электролитический, остальные конденсаторы типа МБМ Конденсаторы С61 и С62 можно поставить ёмкостью по 0,05 мкФ. Отклонение номиналов всех остальных резисторов и конденсаторов (кромеС1 и R1) не должно превышать 5% (желательно - 0,5...1%) от номинала указанного на принципиальной схеме.
Блок индикации.

Блок индикации уровня сигнала состоит из шести одинаковых узлов, собранных на широко распространённой микросхеме К1003ПП1.
На рисунке 7 для упрощения показана схема только одного канала. Элементами индикации являются обычные маломощные светодиоды. Мною применены безымянные светодиоды в прямоугольных корпусах (скорее всего китайского производства). Светодиоды VD3-VD12 - зелёного цвета, VD13 - жёлтого (катод подключён к 5 выводу микросхемы), VD14 - красного (катод подключён к 4 выводу микросхемы). Загорание красного светодиода сигнализирует о перегрузке усилителя, жёлтого - о повышенном уровне нелинейных искажений. Светодиодная шкала имеет линейную зависимость показаний от выходного напряжения (не мощности!) усилителей.
Данный блок состоит из 6 одинаковых узлов (по одному на каждый канал). Каждый узел собран на отдельной печатной плате для удобства крепления. Светодиоды в линейку расположены с одного краю платы. Для канала сабвуфера изменены номиналы некоторых деталей. Величина резистора R2 увеличена до 36 кОм, конденсатор С1 имеет ёмкость 100 мкФ и рассчитан на рабочее напряжение не менее 25 В, конденсатор С2 взят ёмкостью 10 мкФ и рассчитан на рабочее напряжение не менее 40 В. Детали этого узла могут быть любых подходящих по номиналам типов.
Акустические системы.
Качество звука зависит не только от параметров усилителя, но и в равной степени от технических характеристик акустической системы (АС). Нет особого смысла применять хороший усилитель НЧ с посредственными звуковыми колонками и наоборот. Результат в основном будет определяться наиболее «слабым звеном». При изготовлении АС не следует стремиться к особой миниатюризации, особенно для сабвуфера. Уменьшение размеров приведёт к значительному уменьшению КПД АС (при применении головок с диффузором малого диаметра) и увеличению искажений (возрастает амплитуда колебаний диффузора при одной и той же мощности для таких головок).
Применение в сабвуфере фазоинвертора не приводит к улучшению качества звука и создаёт принципиально неустранимые искажения звука, особенно сильно проявляющиеся на звуках с крутыми фронтами. Что удивительно - я ни разу не встречал в доступной мне литературе, в общем-то, несложный механизм появления этих искажений. Процесс возникновения искажений для сигнала с частотой равной частоте настройки фазоинвертора изображён на рисунках 8а-8д.

На рисунке 8 не учитывается другие виды искажений, возникающие при работе АС. Для непрерывного синусоидального сигнала данные искажения наблюдаться не будут, но звуковой сигнал, к сожалению, имеет несколько иную форму. Рассчитывать на то, что наши уши не уловят эти искажения не стоит. Единственное реальное достоинство фазоинвертора заключается в возможности несколько уменьшить размеры АС по сравнению с закрытым корпусом при приемлемом (но не превосходном) качестве звука (Л12 и Л13).
АС сабвуфера выполнена из ДВП толщиной не менее 20 мм. Корпус оклеен плёнкой «под дерево». Наружные размеры АС 1100x600x700 мм. На передней панели установлены две четырёхомные низкочастотные головки 75ГДН-3 соединённые последовательно. Все внутренние стенки корпуса, включая переднюю, изнутри оклеены поролоном толщиной около 20 мм. Места соединений промазаны для улучшения герметичности изнутри обычным пластилином. Задняя стенка посажена на автомобильный герметик и прикручена шурупами. Головки расположены посредине переднейФорма суммарного звукового импульса на расстоянии более 1 метра перед АС.
стенки. Расстояние между центрами головок 330 мм. Между боковыми стенками и между передней и задней стенками установлены распорки для увеличения жёсткости конструкции. Корпуса остальных пяти АС размером 420x260x260 мм выполнены из ДВП толщиной 16 мм и оклеены плёнкой «под дерево». Изнутри стенки АС оклеены поролоном толщиной не менее 12 мм. Здесь применены головки 10ГД-36 или их современные аналоги. Они допускают кратковременное подведение мощности до 20 ватт (не китайских) и работают с этим усилителем весьма надёжно. В крайнем случае, можно установить две головки ЗГД-38Е (или современные аналоги) включённые последовательно. В этом случае можно установить в колонки дополнительно головку 2ГД36. Схема включения показана на рисунке 9.

Конденсатор С1 взят типа Высоту АС в этом случае придётся увеличить до 350 мм. Описанный усилитель сможет отдать такой колонке до 11 ватт мощности. Но и этого вполне хватает, так как эти динамики имеют повышенный КПД. При реальной работе в жилом помещении площадью около 30 кв. м к каждой АС подводится мощность не более 1-2 ватт для комфортного прослушивания музыки Передние стенки всех АС покрыты радиотканью. Описывать процесс сборки нет смысла, так как он зависит от наличия у радиолюбителя нужных материалов. Корпуса колонок можно собрать даже из сухих сосновых досок, но это труднее осуществить. Также можно использовать толстую фанеру. При необходимости корпус можно изготовить из сдвоенных листов фанеры. Но эти листы придется склеить между собой и дополнительно скрепить подходящими шурупами во избежание расслаивания листов.
Вместо самодельных колонок можно применить подходящие по параметрам промышленные АС. Мною испытывались акустические системы от кассетного магнитофона Комета-225С Пришлось только заглушить фазоинвертор. Но АС сабвуфера пришлось изготавливать самому.
Описание общей схемы и монтажа.
Шасси усилителя выполнено из дюралюминия или, лучше, меди толщиной не менее 2,5 мм. Оно же используется вопреки подавляющему большинству рекомендаций в качестве общего провода При грамотном расположении блоков это не приведёт к какому-либо ухудшению параметров усилителя и возникновению паразитных обратных связей. Но в случае изготовления шасси из листового железа из-за его повышенного удельного сопротивления следует в качестве общего провода применить медные провода диаметром не менее 2 мм Размеры шасси зависят от применяемых деталей. Схема соединения блоков усилителя между собой показана на рисунке 11.

Рекомендую между сетевым разъёмом ХЗ и блоком питания усилителя установить плату фильтра питания от цветных отечественных телевизоров 3...4 поколения (на схеме она не показана). Это значительно снизит воздействие помех от электрической сети на узлы усилителя.
Соединения блоков между собой выполнены любыми изолированными медными многожильными неэкранированными проводами с диаметром по меди не менее 0,4...0,5 мм. Напряжение питания усилителей мощности подводится по проводам с площадью сечения по меди не менее 1 кв. мм ввиду значительного потребляемого ими тока. Регулирующие транзисторы и микросхемы блока питания, микросхемы усилителей мощности используют шасси в качестве радиатора и установлены на нём без диэлектрических прокладок. Тепло-отводящая поверхность этих деталей перед установкой смазывается тонким слоем пасты КПТ-8. Мощные выпрямительные диоды блока питания устанавливаются на шасси через тонкие слюдяные прокладки. Вместо них более удобно применять, как я уже отмечал выше, монолитные выпрямительные мосты в пластмассовых корпусах.
Блок переключателя входов желательно объединить с входными гнёздами и целиком поместить в отдельный металлический экран.
Вход 6.1 усилителя мощности сабвуфера для уменьшения наводок следует соединять с общим проводом непосредственно на плате блока входных фильтров. Цепочка R1-C1 служит для задержки включения усилителя мощности примерно на 1 секунду, что полностью устраняет щелчки в АС при включении усилителя.
Сборка и налаживание. Усилитель собран в корпусе из дюралюминия толщиной 2,5 мм. Его размеры 230x350x75 мм. Верхняя крышка и обе боковые стенки покрыты самоклеящейся плёнкой «под дерево». Боковые стенки корпуса, передняя и задняя панель плотно прикручены (лучше контактирующие поверхности смазать пастой КПТ-8) непосредственно к П-образному шасси, также выполненному из 2,5 мм дюралюминия. В подвале шасси глубиной 16 мм установлены детали усилителей мощности за исключением крупногабаритных электролитических конденсаторов Там же установлены детали стабилизаторов напряжения, также кроме крупногабаритных электролитических конденсаторов. Все остальные детали и узлы расположены на верхней стороне шасси. Органы управления и индикации усилителя расположены на передней панели. Входные и выходные гнёзда расположены на задней стенке корпуса. Там же находится ввод сетевого шнура. Особенностью корпуса является полное отсутствие в нём вентиляционных отверстий. Несмотря на это температура внутри корпуса при длительной работе не превышала более чем на 18...20 градусов температуру окружающего воздуха, что позволило без проблем работать даже германиевым транзисторам.
Размеры и форма корпуса могут быть другими - всё зависит от возможностей и желания радиолюбителя. Можно, например, установить усилитель в корпус, прикрепляемый к стене для экономии свободного места на рабочем столе. К тому же усилитель практически не содержит органов оперативных регулировок которыми часто приходиться пользоваться.
Усилитель, собранный без ошибок из исправных деталей работает сразу. Всю настройку можно провести почти без измерительных приборов. До подачи сигнала на входы усилителя подбором резистора R6 установим напряжение питания усилителей мощности равным 15,5 В. Увеличивать это напряжение свыше 16 вольт не следует, так как микросхемы УМНЧ плохо переносят такие эксперименты. Далее следует соединить входы усилителя с соответствующими выходами звуковой карты компьютера. В CD привод компьютера вставить диск с наибольшим уровнем записи и включить на воспроизведение Регуляторы усиления и тембра в компьютере поставьте на максимум. Также на максимум нужно поставить регуляторы в блоке фильтров. Усилитель станет работать с сильными искажениями. Затем, плавно вращая регуляторы чувствительности индикатора уровня, добиваются загорания индикаторов максимального уровня (красные светодиоды). Остаётся плавно уменьшить уровень сигнала регуляторами в блоке фильтров до погасания этих индикаторов и настройка на этом заканчивается. Загорание красных светодиодов будет сигнализировать о входе усилителя в режим ограничения сигнала, а вспышки жёлтого светодиода - о повышенном уровне искажений. Если усилитель будет использоваться не только при работе с компьютером, но и при работе с проигрывателем DVD, то настраивать его нужно, подключив его к данному проигрывателю. Режим работы даже самой простой видеокарты нетрудно будет подстроить имеющимися встроенными регуляторами под получившуюся чувствительность усилителя. Пути дальнейшего усовершенствования.
В данное время уже присутствует в продаже источники восьмиканального звука (те же самые звуковые карты ПК и DVD проигрыватели). Для работы с ними достаточно добавить ещё два канала усилителя НЧ (рис. 4). На такое же количество надо увеличить число каналов блока входных фильтров, переключателя входов и блока индикации. Разумеется, придётся добавить ещё две АС. Мощности блока питания вполне для этого достаточно.
Так как АС сабвуфера состоит из двух одинаковых четырёхомных динамиков, включённых последовательно, то усилитель для них можно собрать, руководствуясь рисунком 4 по двухканальной схеме, каждый динамик подключить к «своим» выходам микросхемы, а входы обоих усилителей объединить вместе. Это приведёт к некоторому упрощению схемы, но приведет к небольшому снижению КПД усилителя мощности сабвуфера при средней громкости звука.
Если усилитель будет работать с источниками сигнала не имеющими встроенных регуляторов громкости и тембра, то нужно будет такими узлами оснастить данный усилитель. Но они должны быть с электронной регулировкой, так как вряд ли можно встретить в продаже недорогие шести или восьмиканальные потенциометры хорошего качества.
Выходной мощности данного усилителя вполне хватает для озвучивания любого жилого помещения. Если всё же требуется большая выходная мощность, то можно 5 (или 7) каналов усилителей мощности выполнить по схемам изображённым на рис. 3, уменьшив ёмкость конденсаторов С1 и С2 до 0,1 мкФ, а канал сабвуфера собрать на микросхеме TDA1562Q. Выходная мощность каждого из каналов при работе на восьмиомную нагрузку составит по 40 ватт, а выходная мощность УМ сабвуфера на нагрузке 4 Ома будет равна 80 ватт. Конденсаторы С12 и С14 (рис. 3) нужно исключить, а ёмкости конденсаторов С11 и С13 можно уменьшить до 2000 мкФ. Ёмкость каждого накопительного конденсатора канала сабвуфера должна быть не менее 20000 мкФ. Схема стабилизатора напряжения останется без изменения, но потребуется трансформатор питания способный долговременно без перегрева отдавать в нагрузку не менее 500 ватт мощности. Если не удастся достать такой мощный трансформатор, то можно применить два параллельно включённых трансформатора, описанных вначале статьи. Нужно только позаботиться, чтобы количество витков проводов в одноимённых обмотках было строго одинаково. Ёмкости фильтрующих конденсаторов блока питания потребуется увеличить не менее чем вдвое. Также в 2 раза нужно увеличить площадь сечения проводов трансформатора питания. Диоды выпрямителя надо будет заменить на любые другие кремниевые или германиевые, способные выдержать прямой ток не менее 20 ампер (желательно применить диоды с барьером Шотки). Потребуется также установить не менее 6 регулирующих транзисторов КТ863А с элементами обвязки. Транзистор VT4 в этом варианте стабилизатора придётся поставить на радиатор площадью охлаждающей поверхности не менее 12 см2.
Мощности такого усилителя более чем достаточно для озвучивания любого мероприятия в школьном актовом зале или дискотеки в небольшом клубе. Качество и громкость звучания получившегося усилителя (даже собранного по исходной схеме) при работе совместно с выше описанными АС ни сколько не уступает промышленной аппаратуре стоимостью от 8000-10000 рублей, а низкие частоты воспроизводятся гораздо естественней.
Мною проводились эксперименты по применению усилителей мощности с относительно высоким выходным сопротивлением (до 20 Ом). Было отмечено субъективное улучшение качества звучания на частотах свыше 200-300 Гц. Наилучший результат получился при примерном равенстве выходного сопротивления усилителя и сопротивления нагрузки усилителя и применения АС без разделительных частотных фильтров. Возможная причина плохого качества звука при качественном усилителе и хороших АС - резкое изменение активного сопротивления катушки динамика при её быстром нагревании проходящим током, и возникновение вследствие этого повышенных искажений звука. Эти искажения во много раз больше искажений, создаваемых усилителем. Усилитель с большим выходным сопротивлением стабилизирует ток в звуковой катушке. Но при этом, естественно, ухудшается демпфирование громкоговорителя. Возможно, что это явление является одной из причин (но, вероятно, не единственной) «транзисторного» звучания многих современных усилителей. Простейший способ увеличения выходного сопротивления - включения последовательно с АС 10-ваттного резистора номиналом 3,9 Ома. Но при этом в 4 раза снизится выходная мощность при работе на четырёхомную нагрузку, а КПД уменьшится в два раза.
При проектировании и изготовлении данного усилителя не ставилась задача применять только суперсовременные детали. Здесь есть детали от относительно новых разработок до 30-40-летней давности. Особое внимание уделялось лишь качеству и надёжности работы. Если кто-то принципиально не применяет в своих конструкциях, например, устаревших германиевых транзисторов - то может их заменить кремниевыми приборами. Но это не прибавит усилителю надежности и качества в работе, а только несколько увеличит стоимость изготовления. Я намеренно не привожу рисунков печатных плат, так как монтаж зависит от типов и размеров применённых деталей и от вида корпуса. Да и наиболее простые блоки этой конструкции собраны мной без применения печатного монтажа. Скорее всего, в конструкцию усилителя со временем буду вносить некоторые изменения, например, добавлю ещё пару каналов.
Данный усилитель испытывался при работе совместно с несколькими компьютерами При эксплуатации выяснился довольно интересный факт: при использовании некачественных звуковых карт в компьютере или применении соединительных кабелей с «плохим экранированием» становились заметными низкочастотные, а иногда и высокочастотные помехи, которые не прослушивались при подключении малогабаритных АС китайского производства стоимостью несколько сотен рублей за пару. Это связано с тем, что такие, можно сказать, игрушечные звуковые колонки просто не в состоянии воспроизводить звуки с частотой ниже 200-300 Гц и свыше 8-10 кГц. При работе данного усилителя легко на слух заметить разницу в качестве звучания обычных музыкальных CD дисков и МРЗ дисков с низким битрейтом. При прослушивании музыки на вышеуказанных АС азиатского производство звук был одинаково плохим - как из пустой консервной банки. Качество звучания было обратно пропорционально размерам колонок. Вообще говоря - ни одна из испытанных мною компьютерных колонок в пластмассовых корпусах не показала не только хорошего результата, но и даже посредственного! Это стало одной из причин, заставивших меня взяться за изготовление самодельного усилителя в комплекте 'с АС - собственных ушей жалко стало.
Рынденков М.А.
Литература:
1. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник.
Под общей редакцией Н. Н. Горюнова. -Москва. Энергоатомиздат. 1983.
2. Микросхемы УМЗЧ. - Радиоконструктор, 2003, № 9, с. 14.
3. Аксёнов А. И., Нефёдов А. В. Отечественные полупроводниковые приборы. Книга 1. Справочное пособие. Москва. Солон-Р. 1999.
4. Кириллов В. Н. Усилительный модуль для автомобиля. - Рвдиоконструктор, 2001, № 12. с. 10-12.
5. Каравкин В. Мощный трёхканвльный УМЗЧ для автомобильного аудиоцентра.
- Радиоконструктор, 2002, № 6, с. 22-23.
6. Горошков Б. И. Элементы радиоэлектронных устройств. Справочник.
Москва. Радио и связь. 1988.
7. Жуков А. П. Вариант тракта усилителя звуковой частоты на ИМС TL072 u TDA7294.
- Радиоаматор, 2004, № 10, стр. 6-7.
8. Булычёв А.Л., Галкин В.И., Прохоренко В.А. Аналоговые интегральные схемы. Справочник. - Минск. Изд. Беларусь. 1993.
9. Интегральные микросхемы усилителей звуковых частот. Справочное пособие. Под редакцией В. Г. Игнатовича.
- Минск. Изд. Аникеенко В. Ф. 1997.
10. Турута Е. Ф. Предварительные УНЧ. Регуляторы громкости и тембра. Усилители индикации. - Москва. Изд. ДМК. 2000.
11. Краткий спрввочник. Микросхемы УМЗЧ. TDA1560Q -Радиоконструктор, 2003, № 8, с. 17-18.
12. Жбанов В Фазоинвертор или закрытый ящик. - Радиомир, 2005, № 10, стр. 6-7.
13. Эфрусси М М. Акустическое оформление громкоговорителей. - Москва-Ленинград. Госэнергоиздат. 1962.