УСИЛИТЕЛЬ "ЭКОНОМ-КЛАССА" ДЛЯ ДОМАШНЕГО АУДИОЦЕНТРА

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: УМЗЧ на микросхемах

Опубликовано: 19.03.2017 13:59

Просмотров: 2980

Особенность этого усилителя в низкой себестоимости при достаточно высоких параметрах. Усилитель построен по комбинированной схеме, в которой есть один мощный низкочастотный канал (40 W), воспроизводящий частоты до 400 Гц и стереоусилитель, каналы которого выполнены по двухканальной СЧ-ВЧ схеме, в которой СЧ (300-4000 Гц) и ВЧ (3000-30000 Гц) обладают мощностью 2x18W. Таким образом, суммарная выходная мощность всего усилителя составляет 106 W. Для каждого канала используются отдельные акустические системы, выполненные в отдельных корпусах. Всего пять акустических систем - одна низкочастотная и по две для средних и высоких частот.

Усилитель выполнен на однотипной и недорогой элементной базе - микросхемы TDA2030A (КР174УН19А) и два транзистора КТ818ГМ и КТ819ГМ. Питается усилитель от трансформаторного источника питания, выполненного на базе переделанного трансформатора от лампового телевизора "Темп-209", мощностью 200 W.
Но главное достоинство этого усилителя в его подробном описании, включая рисунки печатных плат, конструкцию акустических систем, радиаторов, корпуса усилителя.
Принципиальная схема низкочастотного канала показана на рисунке 1. На клеммы Х1, Х2 и ХЗ поступает стереосигнал номинальным уровнем 0,8V. Резисторы R1 и R3 одновременно входят в состав простейшего микшера стереоканалов (R1-R2-R3-R4-R8) и фильтра НЧ, выделяющего частоты ниже 400 Гц (R1-R3-R8-C1-C2). Который, в свою очередь, входит в состав цепи ООС, охватывающей микросхему, представляющую собой мощный операционный усилитель. Коэффициент усиления, при необходимости, можно установить подбором сопротивления резистора R9.
Микросхема TDA2030A способна развивать выходную мощность до 18W, для увеличения этого значения выход микросхемы усилен двухтактным каскадом на транзисторах VT1 и VT2, который начинает работать при мощности более 15W. Фазоинверсные сигналы на базы транзисторов снимаются с резисторов R6 и R7, включенных в цепи питания микросхемы. Напряжение сиг-
нала на этих резисторах достигает уровня, достаточного для возбуждения транзисторов при определенной выходной мощности, поэтому на малой мощности транзисторы в процессе усиления не участвуют. Конденсатор С5 устраняет самовозбуждение выходного каскада.
Схема выходного каскада выделяется тем, что коллекторы транзисторов соединены вместе. Учитывая то, что теплоотводящие пластины транзисторов соединены с их коллекторными выводами, это позволяет для выходного каскада использовать один общий радиатор. У микросхемы TDA2030A на радиаторную пластину выведен вывод отрицательного напряжения питания (вывод 3). Поэтому для микросхемы требуется отдельный радиатор. Плата усилителя (рис. 4) сделана так, что микросхема и транзисторы расположены у её противоположных краев. Это позволяет использовать два радиатора, собранных при помощи изоляционных брусков в один блок, "слоеным пирогом", а плата размещается между этими радиаторами.
Конечно, можно использовать и общий радиатор для всего усилителя, но это требует надежного изолирования от радиатора установленных на него деталей.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
1. Низкочастотный канал :
- выходная мощность на нагрузке 4 Оm,
при КНИ не более 0,5%.............. 30W.
при КНИ не более 10%............... 40W.
- КНИ при выходной мощности 20 W не более.................................. 0,05%.
- чувствительность по входу........0,8V.
- частотный диапазон   ........20-400 Гц.
2. Среднечастотный канал:
- выходная мощность на нагрузке 4 Оm,
при КНИ не более 0,5%..............15W.
при КНИ не более 10%...............18W.
- КНИ по выходной мощности 10W
не более...................................0,03%.
- чувствительность по входу ...... 0,8V.
- частотный диапазон   ......300-4000 Гц.
3. Высокочастотный канал :
- выходная мощность на нагрузке 4 Оm,
при КНИ не более 0,7%..............15W.
при КНИ не более 10%...............18W.
- КНИ по выходной мощности 10W
не более.......................................0,2%.
- чувствительность по входу ....... 0,8V.
- частотный диапазон ... 3000-30000 Гц.


Схема средне-высокочастотного усилителя показана на рисунке 2. Приводится схема только одного стереоканала, - второй точно такой же.
3Ч одного из стереоканалов поступает на клеммы Х1 и Х2. Среднечастотный усилитель выполнен на микросхеме А1. Схема близка типовой, но отличается от ней тем, что на входе включен полосовой RC-фильтр, образованный деталями C1-C2-R2-R1-R3-R4-C3-C4. Фильтр включен на входе и в цепь ООС микросхемы А1, которая представляет собой мощный операционный усилитель. Полосовой фильтр состоит из двух частей -ФВЧ на элементах C1-C2-R2, ограничивающий частоты ниже 300 Гц и ФНЧ - R3-C3-R4, ограничивающий частоты выше 4000 Гц. В результате усилитель работает в спектре от 300Гц до 4000 Гц.
Высокочастотный усилитель выполнен на микросхеме А2. Схема включения отличатся от среднечастотного канала только схемой фильтра. Здесь есть только ФВЧ, собранный на элементах C9-R8-С10. Как и во всех предыдущих случаях, фильтр включен на входе и в цепи ООС микросхемы, представляющей собой мощный операционный усилитель.
У микросхемы TDA2030A на радиаторную пластину выведен третий вывод, то есть, вывод отрицательного питания. Это позволяет установить все микросхемы стереоусилителя на один общий радиатор, поэтому, на печатной плате (рис. 5) микросхемы расположены у одного её края. Всего в усилителе две такие платы (рис. 5), по одной для каждого стереоканала. На платах есть три перемычки, выполненные монтажным проводом. По одной подается сигнал на ВЧ-усилитель (эту перемычку желательно сделать экранированным проводом, а оплетку соединить с общим минусом на плате), а по двум другим - питание на ВЧ-усилитель.


Перемычки расположены со стороны печатных проводников и проложены наикратчайшим путем.
Схема межплатных соединений и источника питания (общая схема) показана на рисунке 3. Источник питания не стабилизированный, он выполнен на силовом трансформаторе, мостовом выпрямителе и батареи сглаживающиих конденсаторов.
Стереосигнал с выхода предварительного усилителя, номинальным уровнем 0,8V, поступает на входной разъем ХР1. Непосредственно возле разъема расположены подстроечные переменные резисторы R1-R5 с шлицами под отвертку. При помощи этих резисторов можно установить соотношение уровней звучания стереоканалов и низкочастотного канала. Это всегда необходимо делать при установке усилителя и всей аудиосистемы в конкретном помещении, с конкретными акустическими системами. Операция регулировки уровней производится на слух.
Для получения двухполярного напряжения питания плат усилителя вторичная обмотка силового трансформатора состоит из двух частей каждая из которых намотана на своей катушке (у ТС-200 есть две одинаковые катушки).

Точка соединения этих обмоток является нулевой точкой источника питания (корпус). Для получения разнополярных напряжений используются два двухполупериодных выпрямителя, - один на VD1 и VD2, а второй на VD3 и VD4. В общем, они образуют диодный мост.
Для сглаживания пульсаций используется батарея из шести оксидных конденсаторов емкостью по 2200 мкФ. Три из них работают в плече отрицательного напряжения (С1, С2, СЗ), а три других - в плече положительного напряжения (С4, С5, С6).
Трансформатор сделан из трансформатора ТС-200 от старого лампового черно-белого телевизора "Темп-209". Аналогичные трансформаторы использовались в телевизорах "Крым" и многих других. Все вторичные обмотки удалены и вместо них намотаны две новые, по одной на каждую катушку трансформатора, - по 50 витков ПЭВ 1,06. Обмотки соединить согласно схеме.
Вместо ТС-200 можно использовать и любой другой силовой трансформатор от старого телевизора или другой аппаратуры.
Мощность трансформатора не должна быть меньше 160 W. Хорошо, если у трансформатора уже есть две вторичные обмотки на напряжение 15V и ток не менее 4 А. Обычно таких обмоток нет, поэтому вторичные обмотки трансформатора нужно перемотать. Но сначала включите его в сеть и найдите одну из низковольтных обмоток (например, 6,3V). Заметьте эту обмотку, затем отключите трансформатор от сети, разберите его и осторожно размотайте вторичные обмотки. Как доберетесь до замеченной низковольтной, -разматывайте её считая витки. Затем, это число витков разделите на её номинальное напряжение и полученную величину умножьте на 15. Так вы узнаете сколько витков должна содержать каждая вторичная обмотка. Не исключен вариант использования двух одинаковых трансформаторов меньшей мощности, используя схему раздельных источников питания положительного и отрицательного напряжений.
Вместо диодов КД213 можно использовать любые другие выпрямительные диоды, рассчитанные на ток не менее 10А.
Диоды КД226 можно заменить любыми выпрямительными на ток не менее 3 А. Транзисторы в низкочастотном усилителе могут быть и с другими буквенными индексами, важно чтобы эти индексы были одинаковы.
Электролитические конденсаторы - типа К50-35. Неполярные конденсаторы могут быть любого типа, важно чтобы они помещались на платах.
Печатные платы крепятся на радиаторы посредством радиаторных пластин микросхем и транзисторов и других крепежных элементов у них нет.
Радиаторы сделаны из "П"-образного алюминиевого профиля, который используется для устройства подвесных потолков (толщина материала около 2 мм). Для каждого радиатора отрезаются два куска длиной примерно 15 см. Для увеличения площади поверхности через каждый сантиметр
по всей площади широкой стороны сверлятся отверстия в которых нарезается резьба М4. В эти отверстия завинчиваются винты М4 длиной 55 мм. Таким образом, получается игольчато-пластинчатый радиатор. На рисунке 6 показан схематически вид сбоку и спереди на такой радиатор. В местах соприкосновения пластин и установки микросхем и транзисторов нужно промазать теплопроводной пастой.
Как уже сказано ранее, усилитель работает на пять акустических систем, - одна низкочастотная, две среднечастотных и две высокочастотных (при желании, СЧ и ВЧ можно объединить в одни корпуса). В акустических системах используются наиболее доступные на сегодняшний день, как по цене, так и по возможности приобретения, динамические громкоговорители со звуковыми катушками сопротивлением 4 От. Каждая акустическая система содержит четыре динамика (рис. 7). Низкочастотная АС содержит четыре динамика 10ГДШ-2, среднечастотные - по четыре динамика 5ГДШ-4, высокочастотные - по четыре динамика 4-ГДВ-1. Сопротивление каждой АС составляет 4 От. Несмотря на использование устаревших и дешевых динамических головок качество звучания, при аккуратном изготовлении АС, получается вполне хорошее, а громкость звука превосходит примерно вдвое громкость средней современной стереосистемы аналогичной мощности.

Причина большой громкости в более высоком КПД старых динамиков.
Акустические системы сделаны из древесно-стружечных плит толщиной 20мм, применяемых при производстве корпусной мебели. Размеры заготовок, показанные на рисунках 8, 9 и 10 учитывают именно такую толщину ДСП (если используете ДСП толще, - нужно размеры боковых панелей подкорректировать).

Средне и высокочастотные АС - закрытого типа. Низкочастотная - фазоинвертор.
Особая тщательность требуется при выполнении низкочастотной АС. На рисунке 7 приводятся размеры шести панелей, из которых собирается корпус АС. Передняя и задняя панели одинаковых размеров, но в передней пропилены (злектролобзиком) четыре отверстия диаметром 170 мм, образующие квадрат, и посредине одно отверстие диаметром 100 мм.

Перед тем, как начать выпиливать отверстия под динамики рекомендую поставить на заготовку размерами 500x500 мм четыре динамика 10ГДШ-2, так чтобы они были равноудалены от краев заготовки и посредине было место под отверстие под трубу фазоинвертора внешним диаметром 100 мм. Корпуса динамиков, при этом, не должны соприкасаться и должны несколько отстоять от краев заготовки. Затем, контуры динамиков можно обрисовать карандашом, разметить точки под крепежные шурупы, найти их геометрические центры и при помощи циркуля разметить четыре отверстия диаметром 170 мм и одно - 100 мм. После этого можно приступать к выпиливанию. Эта рекомендация касается и других АС.
Задняя панель глухая, но в ней есть отверстие под провода,  условно его диаметр
обозначен 10 мм, на самом деле может быть и меньше.
Боковые панели отличаются тем, что по их краям просверлены 16 отверстий диаметром 3 мм под крепежные шурупы - саморезы. Центр каждого из этих отверстий должен быть на расстоянии 10 мм от края панели. Аналогичные отверстия есть в верхней и нижней панелях. Эти отверстия зенкуют более толстым сверлом, так чтобы саморезы с потайными головками при сборке утапливались вровень с поверхностью панели. Перед предварительной сборкой остальные панели прикладываются к этим и при помощи стержня от шариковой ручки, просунутого через эти отверстия, делается разметка отверстий на торцах других панелей. В размеченных местах, в торцах панелей сверлятся отверстия в 1,5-2 раза меньше чем диаметр используемых шурупов-саморезов. Глубина этих отверстий около 30-40 мм. Эти отверстия необходимы для того, чтобы обеспечить прочное соединение, но исключить вероятность раскалывания ДСП при завинчивании в его торец шурупов-саморезов.
Фазоинверсная труба сделана из отрезка 100-миллиметровой пластиковой канализационной серой трубы (можно купить в магазине сантехники). При помощи ножовки по металлу осторожно отрезается отрезок трубы длиной 150 мм (нужно использовать только ровную цилиндрическую часть трубы). Затем, отверстие под фазоинвертор доводится до размера, при котором в него плотно вставляется эта труба, но не деформируется. Трубу фазоинвертора вклеивают в отверстие клеем "Момент-1М".


После подготовительных операций нужно сделать черновую сборку корпуса АС (без динамиков). Убедившись в правильности и точности деталей, совпадении всех отверстий, которые должны совпадать, корпус АС разбирают. Предварительно, нужно подписать на внутренней стороне панелей состыкуемые детали, чтобы потом их не перепутать.
Далее, стыкуемые торцы всех панелей, кроме боковых и задней промазывают силиконовым герметиком и производят чистовую сборку без задней панели. Для того чтобы шурупы-саморезы крепче держали и легче вворачивались их резьбовую часть можно непосредственно перед чистовым завинчиванием промазать клеем " Момент-1 М".
Затем нужно вставить заднюю панель (без герметика, - чтобы потом её можно было вынуть) и в таком состоянии дать герметику и клею высохнуть.
Теперь можно обработать внешнюю поверхность корпуса, загрунтовать его и покрасить в нужный цвет. Или отделать другим способом. Важно чтобы элементы отделки не дребезжали.
После высыхания вся внутренняя поверхность АС промазывается клеем "Момент-1М" или "ПВА" и на неё наносится слой обычной распушенной медицинской ваты толщиной 15-20 мм на передней панели и 60-90 мм на боковых. Такой же ватой покрывается и внутренняя часть задней панели (толщиной 60-90 мм) . Всего должно уйти около 1,5 кГ медицинской ваты.
Далее устанавливаются динамики. Динамики располагаются с внутренней стороны корпуса. Чтобы частицы ваты не попадали в зазоры деталей динамиков, динамики нужно закрыть марлей. Лист марли размерами немного больше передней панели закрывает динамики и фазоинвертор.


Марля крепится крайними шурупами, которыми крепятся динамики.
Теперь остается соединить динамики проводами согласно схеме и вывести провод в отверстие в задней панели. Затем промазать торцы задней панели силиконовым герметиком и установить её на место, закрепить шурупами. Акустическая система готова.
Среднечастотные и высокочастотные АС делаются аналогичным способом, размеры деталей даны на рисунках 9 и 10. На заглушку среднечастотной АС уходит около 0,5 кГ медицинской ваты. Высокочастотная АС без ваты.
Можно объединить ВЧ и СЧ акустические систему, если малогабаритные ВЧ-головки 4ГДВ-1 расположить на свободных местах передних панелей среднечастотных АС (между динамиков 5ГДШ-4).
Корпус усилителя тоже сделан из плит ДСП, конструкция аналогична конструкции акустических систем. Высота корпуса определяется высотой трансформатора, который расположен "лежа на боку", - это делает корпус ниже. Размеры корпуса 540x300x120мм. Можно и меньше, но корпус усилителя сделан в одном стиле и цвете с низкочастотной АС и стоит на ней как на тумбочке. Снизу четыре приборные резиновые ножки, они нужны для акустической развязки усилителя и АС.
Задняя стенка корпуса сделана из плотного картона (ДВП), в котором просверлено множество вентиляционных отверстий.
Поскольку корпус сделан из диэлектрического материала (дерево, ДСП), все радиаторы привинчены непосредственно к его основанию посредством шурупов. Печатные платы крепятся на эти радиаторы посредством радиаторных пластин микросхем и транзисторов.
Диоды выпрямителя размещаются на радиаторе, сделанном как и радиаторы усилителей, - из двух отрезков алюминиевого профиля, но собранном как показано на рисунке 11. Диоды располагаются между двух пластин, а одну из пластин, к которой диоды обращены металлическими частями корпусов нужно покрыть тонкой слюдяной прокладкой. Если вместо КД213 будут использованы другие диоды, то и конструкция радиатора будет другой.
Выбирая силовой трансформатор обратите внимание на то, как включены его сетевые обмотки. Дело в том, что бывает два варианта - параллельно, как показано на рисунке 3 (РК04-2005, стр. 24) или последовательно, как показано на рисунке 12. Прежде чем разбирать его, внимательно проверьте соединение обмоток для напряжения сети 220V, потому, что там бывает переключатель "110-127-220-237", а бывает что переключателя нет и обе обмотки сразу сделаны на 220V . Определить это можно при помощи омметра, - измерьте сопротивления каждой из сетевых обмоток прямо на каждой катушке трансформатора не отключая никаких проводов, а затем сопротивление по контактам идущим к сетевой вилке и выключателю питания. Если эти сопротивления одинаковы то обмотки включены параллельно, а если больше чем на каждой обмотке - по последовательно.
Данный аппарат представляет собой только усилитель мощности, поэтому, при желании сделать полный усилитель его можно дополнить каким-то предварительным усилителем с регуляторами тембра и громкости, или эквалайзером. Корпус достаточно просторный, и предусилитель можно расположить в нем же. Предварительный усилитель должен обеспечивать номинальный уровень выходного сигнала около 1V.
Попцов Г. РК 4,5-2005