Звуковые усилители
Стационарное звукоусилительное оборудование представляет определенный инженерный интерес с позиций эволюции схемотехники. В статье показаны некоторые практические схемы, большинство из которых испытано. Некоторые схемы требуют доработки. Поэтому для начинающих исследователей можно рекомендовать обраться к первоисточникам. Опытные телезрители разберутся в схемотехнике самостоятельно. За допущенные ошибки, потраченное время, и результаты использования представленных здесь материалов автор ответственности не несет. Опыт показывает, что можно доверять схемотехнике и параметрам устройств, описанных в журнале Радио. Остальные источники могут содержать ошибки. Поэтому нужно запастись терпением, и неуклонно повышать собственную квалификацию.
В качестве первоисточников ниже указаны отечественные издания, в которых впервые были опубликованы описываемые ниже устройства. Мощности везде указаны для синусоидального режима. Это отвечает отечественным ГОСТам. Не следует путать эти параметры с чумными цифрами на зарубежной, преимущественно китайской аппаратуре. Сравнение представленных здесь усилителей с железом китайского происхождения можно проводить увеличивая приведенные здесь мощности раза в три-четыре. Все устройства питаются от трансформаторных источников. Преобразователи не применяются виду их относительной сложности и малого запаса мощности. Для построения автомобильных усилителей исследователю нужно освоить построение двухтактных инверторов.
Классика жанра – усилитель А.Агеева, мощностью 60Вт на 4 Ома. Опубликован в журнале Радио, №8 за 1982г. В свое время в кругах аудиофилов это была «бомба». Простой, качественный и надежный усилитель с минимальным количеством транзисторов. В течение 30 лет зарекомендовал себя превосходно. Подкупает безаварийной работой в самых экстремальных ситуациях. Транзисторы следует использовать только в металлокерамических корпусах. Можно рекомендовать применение ИМС К574УД1 или К140УД11, изменить компоновку платы и снабдить ее небольшим радиатором. Качество от этого только выиграет. Повышение напряжения питания стабилизированного источника в каждом плече до 32 вольт, как правило, не вызывает отрицательных последствий. Запас мощности в таком схемном решении настолько велик, что НЧ звено акустических систем типа S90, выходило из строя довольно часто, а усилитель ни разу.
Были случаи, когда аварийное увеличение питания до 44 вольт в каждом плече не приводило к нарушению его работоспособности. Просто увеличивалась отдаваемая в нагрузку мощность (свыше 100 Вт). Не смотря на феноменальную термостабильность, предвидя критические режимы, лучше применить специальные меры по охлаждению радиаторов, которые могут нагреваться выше 100 градусов. Не прикасаться, возможны ожоги!!!
Простой усилитель на транзисторах одинаковой проводимости 70/100вт. В выходном каскаде транзисторы установлены в параллель. Однако можно обойтись и одной, хорошо подобранной парой. Как правило, для бытового применения мощности синусоидального режима в 70 Вт бывает вполне достаточно. Устройство опубликовано в Радио №11, 2000.
Пиковая мощность при хорошем источнике питания может достигать 140 Вт в канале. Радиаторы для мощных усилителей целесообразно применять здоровенные, при групповой установке транзисторов через слюдяные прокладки. Здесь и далее нередко рассмотрены схемы, построенные на металлостеклянных транзисторах прежних поколений. Это обусловлено простым наличием большого запаса алюминиевых радиаторов и мощных транзисторов. В большинстве случаев замена современными транзисторами с креплением под винт допустима. Однако особого смысла в этом нет, если это не обусловлено имеющимися радиаторами. Как правило, указанные устаревшие кремниевые транзисторы вполне соответствуют рассматриваемым схемам, а запас мощности в них вполне достаточный, даже для акустических извращенцев, открыто ненавидящих своих соседей, а также для случаев злонамеренного членовредительства.
Мостовой транзисторный усилитель 250Вт. Старинная схема. Квазикомплементарная пара выходных транзисторов, однополярное питание. Предпочтение следует отдать высокоомной нагрузке 12-16 Ом. При нагрузке 8 Ом мощность усилителя желательно уменьшить до 150 Вт, ограничивая токи транзисторов, воизбежание их перегрева.
Опубликовано неизвестно где. Мне достался экземпляр превоисточника в старинной брошюре 70х годов прошлого века, довольно потрепанной, выходных данных не имею. Есть ощущение, что исходная схема имеет буржуйское происхождение и переделана на отечественные транзисторы. Еще более современные транзисторы указаны уже в моей редакции. Очень рекомендуется примерить достойный источник питания, с трансформаторами повышенной мощности. Напряжение источника не маленькое. Следует соблюдать осторожность.
Усилитель Вильчинского, максимальной мощность 200Вт на 4 Ом. Радио 1990, №5. Дополнение в Радио 91-02.
Параметры усилителя вполне реальные. Повторяемость хорошая. Источник питания стабилизированный. И это весьма важный факт.
Транзисторный MosFet-усилитель С.Шпака на гибридных транзисторах, максимальной мощностью 420Вт. Неплохой экземпляр, на сравнительно современной элементной базе. Номинальной мощности в 300 Вт вполне достаточно для механического травмирования исправного человеческого слухового аппарата. Опубликовано в Радио, №1, 2009. Дополнение в Радио №8, 2009.
Рекомендуется мощный источник с двумя трансформаторами. Напряжение питания повышенное, необходимо обратить на это внимание. Надежность, прежде всего.
Пример мощного усилителя на транзисторах. Ланзар, заявленная максимальная мощность на 4 Ома – 390 Вт. В официальных изданиях не встречал. Информация получена полностью из сети. Основное достоинство этой машины – импортный движок. Настоящие японские транзисторы должны отрабатывать заявленные параметры безупречно. Вариант схемы на биполярных транзисторах показан ниже.
Собирать эту штуковину не пробовал, поскольку хватает образцов на отечественных транзисторах. Для повторения можно рекомендовать окунуться в сеть. Лучше видимо напрямую.
Вариант схемы с полевыми транзисторами показан ниже. Особых заслуг в этой схеме я не заметил. Повторяемость также приемлемая.
Вариант печатной платы для такого схемного решения показан ниже. Для простоты применяют односторонний фольгированый стеклотекстолит.
Печатная плата и внешний вид усилителя по другой версии показаны ниже. Получено из статьи Евгения Ермакова.
Претензий к схемотехнике нет. Питание усилителя относительно высоковольтное. Следует соблюдать осторожность.
Примеры самодельных мощных профессиональных усилителей на транзисторах здесь не рассмотрены. Ощущение от изучения темы профессиональных усилителей, изготовленных своими руками, осталось неоднозначным. Заявляемые мощности до 1кВт, в значительной мере обеспечены параллельным включением выходных транзисторов. Как, например, это показано на рисунке, показанном ниже. А мне представляется, что это не совсем корректно. Видимо нужно менять элементную базу.
Любители экстрима могут обратиться к первоисточникам. Представленным только информацией из электронной сети. Определенный интерес представляет интегральная микросхема TDA2030 и ее клоны. Применению этой ИМС посвящено много книг. Некоторые из них могут быть полезными и показаны ниже.
1.Шкритек П. Справочник по звуковой схемотехнике, 1991.
2.Турута Е., Данци Л. ИМС-усилители мощности НЧ. Справочник, 1994.
3.Баширов С.Р. Современные усилители ИМС (ВРЛ 2005)
4.Марстон Р. - Популярные ИМС-аудиомикросхемы. 2007.
5.Баширов С.Р. Современные интегральные усилители ИМС, 2008.
6.Баширов С.Р. - Бытовая электроника. Занимательные устройства, 2008.
Примеры схем сравнительно мощных усилителей на микросхеме TDA2030 15-30Вт. Первоисточником служит книга Е.Туруты (Турута Е.Ф. 3500 усилителей мощности НЧ. Справочник, 2005.
Это простейшие схемы, доступные в реализации начинающим исследователям.
Пример схемы мощного усилителя на микросхеме TDA2030, с дополнительными транзисторами, рассчитанный на номинал 120 Вт показан ниже. Напряжение питания значительно увеличено по сравнению с прототипом, поэтому нужно принять специальные меры для предотвращения скачков. Во всех случаях можно рекомендовать установку в каждом плече линейного параметрического стабилизатора, с токоограничивающим низкоомным резистором.
Это безусловно вызовет дополнительные потери мощности по 10-15 Вт в каждом плече. Запас мощности трансформаторов придется несколько увеличить. Однако, во-первых, появится дополнительная защита по току. А во-вторых можно повысить надежность самого усилителя, избежав неожиданностей с бросками напряжения питания, а также обеспечить стабильное питающее напряжение и улучшить фильтрацию.
Пример мощного усилителя на микросхеме TDA2030, мост с транзисторами 240Вт. Подобная схема практического усилителя для мощности 180Вт реализована в Радиолюбителе №3/99. Аналогичная схема представлена в обзорной статье в Радио №12/94.
Основное отличие заключается в наличии дополнительного стабилизатора напряжения в каждом плече питания ИМС 2030. Это обыкновенный параметрический стабилизатор на транзисторе, ограничивающий напряжение питания на уровне 15-18В. Это необходимая мера при повышении напряжения питания каждого плеча силовой части усилителя до 30-32В.
Примеры мощных усилителей на микросхеме TDA7294. Выходной каскад ИМС выполнен на полевых транзисторах. В качестве радиаторов подойдут мощные кулеры от процессоров ЭВМ, например сокет 775.
Корпус ИМС находится под напряжением питания, поэтому микросхему устанавливают через слюдяную прокладку, с использованием термопасты.
Пример мощного усилителя на микросхеме STK442-130, два канала по 150Вт. Выходной каскад ИМС выполнен на составных биполярных транзисторах. На общей подложке расположены 4 мощных транзистора. ИМС работает в режиме АВ, поэтому тепловыделение большое. Устанавливать на здоровенный радиатор, лучше через слюдяную прокладку. Применение термопасты КПТ-8 обязательно. Вентиоятор на радиатор желателен, особенно при критических мощностях. Устанавливают вентилятор со стороны оребрения, и лучше если непосредственно напротив кристалла.
Особое внимание следует уделить именно охлаждению самого кристалла. Это, как минимум, радиатор на 2000 кв. см. Кроме того, желательна установка компьютерного вентилятора, прямо напротив микросхемы. Подключение вентилятора целесообразно сделать автоматическим при температуре 60 градусов, например, с помощью обычного биметаллического релейного термодатчика, работающего на замыкание. Питание вентилятора нужно развязать от шины питания самого усилителя, например применением специального малогабаритного тарансформатора. Напряжение источника питания может достигать 65 вольт в плече. Следует соблюдать осторожность, поскольку суммарное напряжение будет 130-160Вольт.
Весьма полезной может оказаться измерительная штуковина, представленная ниже.
Простой прибор для подбора параметров мощных биполярных транзисторов. Удобен для подбора пар выходных транзисторов. Практика показала, что подбор параметров отечественных транзисторов обязателен. Причем как для усилителей с квазикомплементарным включением, так и для комплементарных пар. Это обусловлено тем, что даже в одной партии БТ коэффициенты передачи тока в нагруженном режиме могут отличаться на 300 и более процентов.
Иногда в литературе или обыденных разговорах встречаю суждение, что для зарубежных транзисторов, особенно фирменного происхождения, например Toshiba, процедура подбора не обязательна. Вроде как буржуйская технологическая линия обеспечивает одинаковые параметры транзисторов прямой и обратной проводимости. В целом это наверное так. Но на практике мне встречались примеры разброса параметров до 50%. Много это или мало - судить читателю. Если для отечественных транзисторов разброс параметров в партии составляет 300-400%, особенно в древних. То разброс параметров в 50% можно видимо стчитать величиной малосущественной. Мне такое понимание не подходит и поэтому приходится подбирать все транзисторы. Процедура нудная, и возможно избыточная. Зато исключаю неожиданности и увеличиваю запас ресурса.
Евгений Бортник, Красноярск, Россия, март 2012