Как сделать усилитель звука в домашних условиях. Самоделкин: мощный усилитель звука своими руками

Как то в один прекрасный момент меня наконец то достали хрипы, хрюканье и дикие искажения от не серьёзных компьютерных колонок. Я перебрал несколько вариантов, но к сожалению ни один из них меня не устроил ни по качеству звука, ни по функциональности и что немаловажно - по дизайну. В общем пришлось вспомнить юные годы, когда я был заядлым радиолюбителем и попробовать сделать что нибудь путёвое самому...

Мощность усилителя звука 2х25W , сделан на микросхемах TDA 7265 - это основной усилок, TDA 1517 - это усилитель для наушников 2х5W,э то основные. Превосходства его конечно очевидны хотя бы уже в показателях выходной мощности. Но я его делал не только для ушей, подобные экземпляры которые есть в продаже не соответствуют моим запросам вообще.... и в том числе по удобству эксплуатации. Например чтобы подключить наушники с толстым штекером Jack 6,3 мм это целая эпопея с переходниками и прочей ерундой, не говоря о том что они не могут в полной мере с приличным качеством просто напросто такие наушники прокачать. Внешний вид у покупных изделий оставляет желать лучшего и такие коробочки хочется убрать под стол, чтобы их не видеть ни когда, где неудобно их включать, данный усилитель лишён этого недостатка, потому что он включается и выключается синхронно с компьютером. Вся подсветка отключается кнопкой на задней стенке дабы не мешать пользоваться компьютером в темноте, после очередного включения она автоматически включается опять. Кнопки на лицевой панели "СЕТЬ" и отключение и включение АС.

Электроника усилителя

Фактически вся электронная мелочь нашлась дома, специально покупались только микросхемы усилителей и выключатели с разъёмами для наушников. Платы делал и разрабатывал сам, кроме той - что для индикатора, эту я нашёл в сети. Так как у меня уже есть небольшой опыт в постройке электронных устройств, то для меня это не составило особого труда. Даже я бы сказал было интересно вспомнить молодость.

Радиатор найден в закромах от какого то старого усилителя звука . Немного пришлось кастрировать (сильно был великоват), длительным прогоном на максимальной мощности я был удовлетворён результатом. Нагрев не критический, даже я бы сказал не очень сильный и это не смотря на то - что на этом же радиаторе я разместил микросхемы стабилизатора питания для усилителя. На фото сейчас видны именно они. Всего стоит 7 шт, одна держит 1А получается вместе 7А. Усилитель прожорливый при замерах показал ток потребления 5А.

Тут расположится усилитель, специально сделан экран из жести для того чтобы исключить наводки и помехи от стабилизаторов питания (ток то не маленький а усилок оказался очень чувствительным и я решил перестраховаться).

Смонтирован , микросхема TDA 7265 схема собрана на дашите с небольшими доработками для своих нужд, лупит честных 2х25W не HI - END конечно но для компа чтобы ухи были довольны вполне достаточно, в конце концов если захочется чего посерьёзнее то в компе есть цифровой выход, и его можно сконектить с ресивером. Реле коммутирует АС (кнопка на панели только включает релюшку). Это не безосновательно обусловлено тем - что контакт у реле более надёжный, чем у переключателя. Это я знаю уже по своему опыту...

Для наушников сделан отдельный небольшой усилитель мощностью 2х5W, немного великоват по мощности конечно, но зато на 100% прокачает любые наушники, прослушивание мощных больших наушников оставило положительные впечатления, микросхема нагревается на большой громкости достаточно сильно так что потом при конечной сборке я думаю наклеить небольшой радиатор от греха. Отдельный усилок я сделал потому что не хотел чтобы в звуковом тракте присутствовали ограничители типа резисторов и т.п. которые пришлось бы ставить если брать сигнал от основного усилителя. А тут сигнал сразу после усиления поступает на звукоизлучатели без ограничения, что положительно сказывается на качестве безусловно.

Это простая схемка управления индикатором выходной мощности... Нашёл в сети случайно, сначала хотел собрать на специализированной для этого микросхеме К157ДА1, но к сожалению беготня по радиомагазинам результата не дала и я сделал схему на транзисторах. Схема от какого то совкового магнитофона...

Это плата разводки питания. Так же на ней стоят реле для коммутирования питания (я не стал заморачиваться с электронными ключами решил пойти по лёгкому пути). Стабилизаторы на самодельном радиаторе 12V для питания усилителя наушников и второй на 5V для светодиодной подсветки.

Набор деталей для блока питания. Корпус от какого то принтера найденный в "полезных вещах" дома, трансформатор отдал друг (кстати ему отдельное спасибо, не смотря на свои небольшие размеры, при прозвонке показал неожиданные результаты: при 25V он стабильно без нагрева выдавал 10А!!!) На фото также выделяется реле стартёра от автомобиля. Тоже найдено дома,им предполагается включать усилитель с помощью компьютера. Берём с компа 12V и вуаля.. Это чтобы не париться каждый раз с включением и выключением усилителя, он будет управляться с компа и работать синхронно с ним. Для обычной работы без компа поставлю на задней стенке выключатель который коротит контакты реле и исключает его из схемы.

Монтаж блока питания получился очень плотный.

Индикатор усилителя

Индикатор хотелось сделать похожим на индикаторы знаменитых усилителей моей молодости. Вдохновившись воспоминаниями о бурных временах, приступил к работе.

Стильный индикатор, который хотелось бы, не представлялось возможным приобрести. Было решено исполнить его самому, из специально купленных китайских тестеров. Из них извлечены миллиамперметры, красные стрелки перекрашены в чёрный цвет.

Корпус делал из того - что попалось под руку в куче хлама на балконе.

Шкала нарисована в программе Фронт Дизайнер, с последующей доработкой в Корел Драв, потому что первая плохо дружит с разными шрифтами, а нужно было написать поинтереснее.

Защитные колпачки для механических частей индикатора исполнены из горлышек пивных бутылок, удачно употреблённых по ходу дела.

Уже вырисовывается общая картина будущего изделия.

Примерка индикаторов. Потом они убраны подальше до конечной сборки прибора (очень нежные детали, легко можно испортить).

Для управления спаян усилитель напряжения чтобы не было влияния на звуковой тракт и работа была корректной. Проверяем - всё отлично, работает отлично. Схема найдена в сети от какого то совкового советского магнитофона, по моему Весна я не запоминал.

Смотрим как получилась подсветка, склеены световоды из оргстекла, в них вклеены светодиоды, ничего необычного.

Вот и шкала, надпись mr. Kolesov - это моя фамилия от скромности не умру... да и хотелось какое то название сделать.. копировать какие то бренды по моему глупо. А так необычно ну и друзей приколоть можно...

Регулятор громкости

Регулятор конечно хотелось сделать классический, большой круглый, обязательно не кнопочный.. Чтобы при соприкосновении и вращении чувствовалось что маешь вещь, а не какое нибудь игрушечное китайское барахло... На энкодере регулировка у меня отпала сама собой, нужна была подсветка положения на ручке, а бесконечно вращать с проводом её не получится. В общем я не стал заморачиваться и решил сделать на переменном резисторе. В конце концов если начнёт шкрипеть его поменять 5 сек.
И так к вашему вниманию - очередной изврат..

Полазив по дому наткнулся на тюбик с кремом. После переговоров с женой, она презентовала мне от него крышку для последующего растерзания. По задумке планировалась подсветка на ручке для того чтобы можно было легко и быстро определить положение регулятора (особенно это актуально в темноте). Просверлено отверстие 1мм, позади в дальнейшем приделаю светик.
В середину на эпоксидку вклеена ручка от какого то старого магнитофона или приёмника (нашлась в закромах), она как родная подходила для переменного резистора.
На эпоксидку садим светодиод, предварительно обклеив его фольгой (он очень яркий я не хотел чтобы он просвечивал насквозь стенки ручки), заодно вытекшие в отверстие излишки смолы образовали некий световод, подтёки шкурятся и поверхность совершенно гладкая, очень сложно угадать где отверстие, пока не зажжёшь светик.

После отвердевания проверяем на прочность как сидит эта якобы втулка... всё классно и крепко... можно продолжать дальше.

Я решил внутри выкрасить серебрянкой (лак с алюминиевой пудрой), мне кажется что типа будет отражающий эффект, хотя разницы я не заметил. Припаяв провода и гасящий резистор я залил всё это дело эпоксидкой, оставляя немного места для свободного хода проводов при эксплуатации. Ручка приобрела жёсткость и вес... монолит.. Так же покраска серебрянкой.
Ошкуривание мелкой шкуркой чтобы потом не облезла краска. За шероховатую поверхность нормально будет держаться не смотря на то - что это полиэтилен и покраске фактически не поддаётся. Первый слой краски. Включил светик, полюбоваться на результат. Остался доволен.

Шкала сделана в программе Фронт Дизайнер, а надпись и символы в Корел Драв. В дизайнере так не получится мало опций.

Напечатанная на глянцевой бумаге шкала помещена между 2-мя листами органики, всё соединено для последующих этапов работ.

В торцы для подсветки вклеены светодиоды и всё выкрашено чтобы свет не рассеивался по корпусу и не засвечивал соседние элементы.. например индикатор подсвечивается белым светом и не хотелось бы чтобы свет подмешивался.

Контактная панель

Выключателей и разъёмов минимум, только самое необходимое. Зачем усилителю мощности лишние прибамбасы? Все настройки есть в звуковой карте компа.
Выключатель "Сеть". Выключатель акустических систем, сигнал на наушники постоянный независимый от того включены колонки, или нет - это тоже часть задуманного плана. Сейчас не найдёшь усилителя с такой схемой, даже серьёзные ресиверы делают по принципу "воткнул наушники и нет сигнала на АС", а раньше все усилители звука делались именно по такой схеме, как сделал я. Не знаю кому то может удобно и наоборот, но для меня такая схема распределения сигналов очень актуальна.

Отверстия под выключатели выбраны коронками по дереву. Так же коронкой большего диаметра выбрана юбка вокруг отверстия, для того чтобы подсветкой подчеркнуть выключатели (царапанная и необработанная поверхность органики преломляет свет).

Установлены так же разъёмы для наушников. Причём обязательно разных диаметров Jack 3,5 мм и Jack 6.3 мм чтобы потом не париться со всякими переходниками. С каким штекером есть наушники с таким и спокойно без заморочек втыкаешь.

Покраска сначала серебрянкой для равномерного рассеивания света и потом краской чтобы не подсвечивать всё что находится вокруг панельки.

4 светика и вот конечный результат, внутрь гнёзд для наушников тоже по светодиоду для общей картины.

Корпус

С корпусом пришлось повозиться, но так как это лицо изделия, то оно того стоило.

Плита дсп найдена опять же в куче хлама на балконе, оставшаяся от какой то старой мебели и оставленная как вещь полезная и может пригодиться, что собственно и произошло.

Напилив детали по размерам, скрутил всё на саморезы.

Стыки перед сборкой промазал клеем для надёжности.

Вырезал отверстия для установки элементов управления и индикации.

Необработанные края смотрятся не очень. Ручным фрезером произведена обработка торцов.

Обрабатывать пришлось в несколько заходов чтобы получить идеальную равномерность всех граней.

Для крепления задней стенки установлены бруски, большой отступ от края был сделан для того - чтобы скрыть радиатор охлаждения и все элементы коммутации провода и т.п. За счёт этого усилитель можно поставить близко к стене.

Пройдены этапы шпатлёвки и покраски, шпатлевание произведено полимерной шпатлёвкой с добавлением клея ПВА для хорошего удержания на поверхности, грунт после каждого слоя конечно же. Покраска краской НЦ потом лакирование лаком НЦ. Последующая полировка покрытия полировочной пастой и финишной полиролью для кузова авто.

В итоге получилась красивая полированная поверхность, которая получилась круче чем на рояле или пианино.

Ножки

Опоры для сего изделия решено сделать в классическом стиле дизайна радиоаппаратуры - хромированные, но с небольшой изюминкой аля НЛО. У основания ножек планировалась голубая подсветка.

Делалось из того - что нашлось так же на балконе в куче хлама. Хромированная мебельная труба 25мм, органика 3мм (подогнал друг), светики конечно, ходил покупал + клей (суперклей и эпоксидную смолу).

Заготовки порезаны склеены и в них вклеены светики, неправильно для передачи светового потока,но об этом потом..

Слой органики круглой формы предусмотрен для того - чтобы потом при заливке не вытекла эпоксидка.... Заготовка из трубы плотно одевается на основание.

Залит клей в формочки, и детали ждут дальнейшей обработки после отвердевания смолы.

Сам полупроводниковый элемент изначально закреплён термоклеем....

Детали высохли. Произведена обработка. Лишнее оргстекло удалено, края аккуратно отшлифованы дабы не испортить хром на металлической части ножки.

В заключительном этапе были сделаны резиновые прокладки из велосипедной камеры.....на прокладку наклеена алюминиевая фольга с внутренней стороны, (для отражения света) всё склеено на прозрачный момент.

Сборка завершена, пора смотреть что получилось.

Получилось не плохо. В принципе что хотел - всё получилось.

Давно это было, решил написать сейчас только.

Были в наличии колонки S-30B.
Захотел сделать домашнюю акустику к компу. Не хватало усилителя.

Пошел по магазинам. Нижняя цена усилителей/ресиверов небольшой мощности (30 ватт колонки в пике) около 6000 руб.

Решил сделать сам.

Ламповый — для аудиофлов, да и проблем много. Транзисторный — долго настраивать, да и элементную базу подбирать надо точно, ибо погрешности у деталей, продающихся на рынках и в магазинах иногда доходят до 10%.

В итоге выбор пал на микросхемы.

Погуглив и почитав форумы выбрал на микросхему TDA2050.

Схема включения:

Как видно, обвеска минимальная.

К ним так же нужны радиаторы.

Взял 500 руб. и двинулся в сторону радиорынков и магазинов.

Вся элементная база обошлась чуть более, чем в 100руб.

Нужен был так-же источник питания. Углубляться в подробности питания не буду. Диодный мост + выходные кондеры — еще около 100 руб.

Радиаторы купил на рынке от старого первого пня 2 шт по 20 руб.

Купил еще мелочи, о которой ниже будет.

Вернулся домой. Надо делать печатки. Решил долго не заморачиваться. Достал из закромов кусок текстолита, разметил дорожки, нарисовал их от руки маркером, что на фото ниже.

Вытравил хлорным железом (опять-же достал из старых запасов).

Печатку решил не сверлить, а припаять детали сверху на дорожки.

К блоку питания чуть ответственней. Тут просверлил все же текстолит, ибо кондеры большие и если паять их сверху, получится нагрузка механическая на фольгу медную большая, может отслоиться. Ну и + стабилизаторы на +-12вольт на всякий случай, на будущее приделал на обычных стабилитронах + транзистор с резистором;)

Про трансформатор чуть позже.

Все навесом соединил. Подключил источник звука и колонки. Попер самовозбуд. Пищит и все тут. Припаял прям к ногам питания микрух кондеры пленочные по 100нан. Возбуд пропал. Погонял часик — работает.

Теперь корпус.
Валялся старинный Вега 10У-120С (из него и был трансформатор)

Выкинул из него все, кроме транса.
Отчистил от серебрянки, наложил на переднюю панель пластину. Все покрасил (краска обычная из баллончика матовая осталась).
Вот, что получилось. (делал года 2 назад, поэтому уже потертый):

Блок питания воткнул на место бывших там 2-х кондеров:

Регулятор громкости — обычный переменник на 2 килоома:

Усилки прикрутил на 1 болт. Они легкие, так что держатся надежно:

Ручку регулятора(переменника) купил за 10 рублей когда-то:

Провода для аудиосигнала: купил 2 метра микрофонного кабеля по 30 руб метр.

Все стало выглядеть так:

На заднюю стенку гнездо для входного сигнала и клеммы выходные.

Скрутил. Подключил комп и колонки. Все заработало сразу и без нареканий.

Я не большой ценитель звука. На мой слух играет не хуже того, что продается в магазине по цене 6-10 тыс. руб. Но однозначно лучше стало, чем было, когда в этом корпусе усилителя были родные потроха. Высотки появились нормальные, бас более менее прорезался. Вероятно было плохо из-за высохших старых кондеров в старых потрохах.

В общем, после того, как это все было готово, от 500 руб осталось рублей 30. Все это с учетом проездов от магазинов к магазинам.

Спустя некоторое время взял себе сабвуфер Magnat Monitor Sub 200 A (тогда он обошелся мне в 5000 руб). Но это уже разговор об акустике и другая тема.

С тех пор на звук не жаловался ни разу. Все работает без нареканий. Хватает и для фоновой музыки и для фильмов и для вечеринок, чтоб соседи послушали.

p.s. История эта была давно, так что некоторых в моментах мог соврать немного.

— Сосед запарил по батарее стучать. Сделал музыку громче, чтобы его не слышать.
(Из фольклора аудиофилов).

Эпиграф иронический, но аудиофил совсем не обязательно «больной на всю голову» с физиономией Джоша Эрнеста на брифинге по вопросам отношений с РФ, которого «прёт» оттого, что соседи «счастливы». Кто-то хочет слушать серьезную музыку дома как в зале. Качество аппаратуры для этого нужно такое, какое у любителей децибел громкости как таковых просто не помещается там, где у здравомыслящих людей ум, но у последних оный за разум заходит от цен на подходящие усилители (УМЗЧ, усилитель мощности звуковой частоты). А у кого-то попутно возникает желание приобщиться к полезным и увлекательным сферам деятельности – технике воспроизведения звука и вообще электронике. Которые в век цифровых технологий неразрывно связаны и могут стать высокодоходной и престижной профессией. Оптимальный во всех отношениях первый шаг в этом деле – сделать усилитель своими руками: именно УМЗЧ позволяет с начальной подготовкой на базе школьной физики на одном и том же столе пройти путь от простейших конструкций на полвечера (которые, тем не менее, неплохо «поют») до сложнейших агрегатов, через которые с удовольствием сыграет и хорошая рок-группа. Цель данной публикации – осветить первые этапы этого пути для начинающих и, возможно, сообщить кое-что новое опытным.

Простейшие

Итак, для начала попробуем сделать усилитель звука, который просто работает. Чтобы основательно вникнуть в звукотехнику, придется постепенно освоить довольно много теоретического материала и не забывать по мере продвижения обогащать багаж знаний. Но любая «умность» усваивается легче, когда видишь и щупаешь, как она работает «в железе». В этой статье далее тоже без теории не обойдется – в том, что нужно знать поначалу и что возможно пояснить без формул и графиков. А пока достаточно будет умения и пользоваться мультитестером.

Примечание: если вы до сих пор не паяли электронику, учтите – ее компоненты нельзя перегревать! Паяльник – до 40 Вт (лучше 25 Вт), максимально допустимое время пайки без перерыва – 10 с. Паяемый вывод для теплоотвода удерживается в 0,5-3 см от места пайки со стороны корпуса прибора медицинским пинцетом. Кислотные и др. активные флюсы применять нельзя! Припой – ПОС-61.

Слева на рис. – простейший УМЗЧ, «который просто работает». Его можно собрать как на германиевых, так и на кремниевых транзисторах.

На этой крошке удобно осваивать азы наладки УМЗЧ с непосредственными связями между каскадами, дающими наиболее чистый звук:

• Перед первым включением питания нагрузку (динамик) отключаем;
• Вместо R1 впаиваем цепочку из постоянного резистора на 33 кОм и переменного (потенциометра) на 270 кОм, т.е. первый прим. вчетверо меньшего, а второй прим. вдвое большего номинала против исходного по схеме;
• Подаем питание и, вращая движок потенциометра, в точке, обозначенной крестиком, выставляем указанный ток коллектора VT1;
• Снимаем питание, выпаиваем временные резисторы и замеряем их общее сопротивление;
• В качестве R1 ставим резистор номинала из стандартного ряда, ближайшего к измеренному;
• Заменяем R3 на цепочку постоянный 470 Ом + потенциометр 3,3 кОм;
• Так же, как по пп. 3-5, в т. а выставляем напряжение, равное половине напряжения питания.

Точка а, откуда снимается сигнал в нагрузку это т. наз. средняя точка усилителя. В УМЗЧ с однополярным питанием в ней выставляют половину его значения, а в УМЗЧ в двухполярным питанием – ноль относительно общего провода. Это называется регулировкой баланса усилителя. В однополярных УМЗЧ с емкостной развязкой нагрузки отключать ее на время наладки не обязательно, но лучше привыкать делать это рефлекторно: разбалансированный 2-полярный усилитель с подключенной нагрузкой способен сжечь свои же мощные и дорогие выходные транзисторы, а то и «новый, хороший» и очень дорогой мощный динамик.

Примечание: компоненты, требующие подбора при наладке устройства в макете, на схемах обозначаются или звездочкой (*), или штрихом-апострофом (‘).

В центре на том же рис. – простой УМЗЧ на транзисторах, развивающий уже мощность до 4-6 Вт на нагрузке 4 Ом. Хотя и работает он, как и предыдущий, в т. наз. классе AB1, не предназначенном для Hi-Fi озвучивания, но, если заменить парой таких усилитель класса D (см. далее) в дешевых китайских компьютерных колонках, их звучание заметно улучшается. Здесь узнаем еще одну хитрость: мощные выходные транзисторы нужно ставить на радиаторы. Компоненты, требующие дополнительного охлаждения, на схемах обводятся пунктиром; правда, далеко не всегда; иногда – с указанием необходимой рассеивающей площади теплоотвода. Наладка этого УМЗЧ – балансировка с помощью R2.

Справа на рис. – еще не монстр на 350 Вт (как был показан в начале статьи), но уже вполне солидный зверюга: простой усилитель на транзисторах мощностью 100 Вт. Музыку через него слушать можно, но не Hi-Fi, класс работы – AB2. Однако для озвучивания площадки для пикника или собрания на открытом воздухе, школьного актового или небольшого торгового зала он вполне пригоден. Любительская рок-группа, имея по такому УМЗЧ на инструмент, может успешно выступать.

В этом УМЗЧ проявляются еще 2 хитрости: во-первых, в очень мощных усилителях каскад раскачки мощного выхода тоже нужно охлаждать, поэтому VT3 ставят на радиатор от 100 кв. см. Для выходных VT4 и VT5 нужны радиаторы от 400 кв. см. Во-вторых, УМЗЧ с двухполярным питанием совсем без нагрузки не балансируются. То один, то другой выходной транзистор уходит в отсечку, а сопряженный в насыщение. Затем, на полном напряжении питания скачки тока при балансировке способны вывести из строя выходные транзисторы. Поэтому для балансировки (R6, догадались?) усилитель запитывают от +/–24 В, а вместо нагрузки включают проволочный резистор 100…200 Ом. Кстати, закорючки в некоторых резисторах на схеме – римские цифры, обозначающие их необходимую мощность рассеяния тепла.

Примечание: источник питания для этого УМЗЧ нужен мощностью от 600 Вт. Конденсаторы сглаживающего фильтра – от 6800 мкФ на 160 В. Параллельно электролитическим конденсаторам ИП включаются керамические по 0,01 мкФ для предотвращения самовозбуждения на ультразвуковых частотах, способного мгновенно сжечь выходные транзисторы.

На полевиках

На след. рис. – еще один вариант достаточно мощного УМЗЧ (30 Вт, а при напряжении питания 35 В – 60 Вт) на мощных полевых транзисторах:

Звук от него уже тянет на требования к Hi-Fi начального уровня (если, разумеется, УМЗЧ работает на соотв. акустические системы, АС). Мощные полевики не требуют большой мощности для раскачки, поэтому и предмощного каскада нет. Еще мощные полевые транзисторы ни при каких неисправностях не сжигают динамики – сами быстрее сгорают. Тоже неприятно, но все-таки дешевле, чем менять дорогую басовую головку громкоговорителя (ГГ). Балансировка и вообще наладка данному УМЗЧ не требуются. Недостаток у него, как у конструкции для начинающих, всего один: мощные полевые транзисторы много дороже биполярных для усилителя с такими же параметрами. Требования к ИП – аналогичные пред. случаю, но мощность его нужна от 450 Вт. Радиаторы – от 200 кв. см.

Примечание: не надо строить мощные УМЗЧ на полевых транзисторах для импульсных источников питания, напр. компьютерных. При попытках «загнать» их в активный режим, необходимый для УМЗЧ, они или просто сгорают, или звук дают слабый, а по качеству «никакой». То же касается мощных высоковольтных биполярных транзисторов, напр. из строчной развертки старых телевизоров.

Сразу вверх

Если вы уже сделали первые шаги, то вполне естественным будет желание построить УМЗЧ класса Hi-Fi, не вдаваясь слишком глубоко в теоретические дебри. Для этого придется расширить приборный парк – нужен осциллограф, генератор звуковых частот (ГЗЧ) и милливольтметр переменного тока с возможностью измерения постоянной составляющей. Прототипом для повторения лучше взять УМЗЧ Е. Гумели, подробно описанный в «Радио» №1 за 1989 г. Для его постройки понадобится немного недорогих доступных компонент, но качество удовлетворяет весьма высоким требованиям: мощность до 60 Вт, полоса 20-20 000 Гц, неравномерность АЧХ 2 дБ, коэффициент нелинейных искажений (КНИ) 0,01%, уровень собственных шумов –86 дБ. Однако наладить усилитель Гумели достаточно сложно; если вы с ним справитесь, можете браться за любой другой. Впрочем, кое-какие из известных ныне обстоятельств намного упрощают налаживание данного УМЗЧ, см. ниже. Имея в виду это и то, что в архивы «Радио» пробраться не всем удается, уместно будет повторить основные моменты.

Схемы простого высококачественного УМЗЧ

Схемы УМЗЧ Гумели и спецификация к ним даны на иллюстрации. Радиаторы выходных транзисторов – от 250 кв. см. для УМЗЧ по рис. 1 и от 150 кв. см. для варианта по рис. 3 (нумерация оригинальная). Транзисторы предвыходного каскада (КТ814/КТ815) устанавливаются на радиаторы, согнутые из алюминиевых пластин 75х35 мм толщиной 3 мм. Заменять КТ814/КТ815 на КТ626/КТ961 не стоит, звук заметно не улучшается, но налаживание серьезно затрудняется.

Этот УМЗЧ очень критичен к электропитанию, топологии монтажа и общей, поэтому налаживать его нужно в конструктивно законченном виде и только со штатным источником питания. При попытке запитать от стабилизированного ИП выходные транзисторы сгорают сразу. Поэтому на рис. даны чертежи оригинальных печатных плат и указания по наладке. К ним можно добавить что, во-первых, если при первом включении заметен «возбуд», с ним борются, меняя индуктивность L1. Во-вторых, выводы устанавливаемых на платы деталей должны быть не длиннее 10 мм. В-третьих, менять топологию монтажа крайне нежелательно, но, если очень надо, на стороне проводников обязательно должен быть рамочный экран (земляная петля, выделена цветом на рис.), а дорожки электропитания должны проходить вне ее.

Примечание: разрывы в дорожках, к которым подключаются базы мощных транзисторов – технологические, для налаживания, после чего запаиваются каплями припоя.

Налаживание данного УМЗЧ много упрощается, а риск столкнуться с «возбудом» в процессе пользования сводится к нулю, если:

• Минимизировать межблочный монтаж, поместив платы на радиаторах мощных транзисторов.
• Полностью отказаться от разъемов внутри, выполнив весь монтаж только пайкой. Тогда не нужны будут R12, R13 в мощном варианте или R10 R11 в менее мощном (на схемах они пунктирные).
• Использовать для внутреннего монтажа аудиопровода из бескислородной меди минимальной длины.

При выполнении этих условий с возбуждением проблем не бывает, а налаживание УМЗЧ сводится к рутинной процедуре, описанной на рис.

Провода для звука

Аудиопровода не досужая выдумка. Необходимость их применения в настоящее время несомненна. В меди с примесью кислорода на гранях кристаллитов металла образуется тончайшая пленочка окисла. Оксиды металлов полупроводники и, если ток в проводе слабый без постоянной составляющей, его форма искажается. По идее, искажения на мириадах кристаллитов должны компенсировать друг друга, но самая малость (похоже, обусловленная квантовыми неопределенностями) остается. Достаточная, чтобы быть замеченной взыскательными слушателями на фоне чистейшего звука современных УМЗЧ.

Производители и торговцы без зазрения совести подсовывают вместо бескислородной обычную электротехническую медь – отличить одну от другой на глаз невозможно. Однако есть сфера применения, где подделка не проходит однозначно: кабель витая пара для компьютерных сетей. Положить сетку с длинными сегментами «леварем», она или вовсе не запустится, или будет постоянно глючить. Дисперсия импульсов, понимаешь ли.

Автор, когда только еще пошли разговоры об аудиопроводах, понял, что, в принципе, это не пустая болтовня, тем более, что бескислородные провода к тому времени уже давно использовались в технике спецназначения, с которой он по роду деятельности был хорошо знаком. Взял тогда и заменил штатный шнур своих наушников ТДС-7 самодельным из «витухи» с гибкими многожильными проводами. Звук, на слух, стабильно улучшился для сквозных аналоговых треков, т.е. на пути от студийного микрофона до диска нигде не подвергавшихся оцифровке. Особенно ярко зазвучали записи на виниле, сделанные по технологии DMM (Direct Meta lMastering, непосредственное нанесение металла). После этого межблочный монтаж всего домашнего аудио был переделан на «витушный». Тогда улучшение звучания стали отмечать и совершенно случайные люди, к музыке равнодушные и заранее не предуведомленные.

Как сделать межблочные провода из витой пары, см. след. видео.

Видео: межблочные провода из витой пары своими руками

К сожалению, гибкая «витуха» скоро исчезла из продажи – плохо держалась в обжимаемых разъемах. Однако, к сведению читателей, только из бескислородной меди делается гибкий «военный» провод МГТФ и МГТФЭ (экранированный). Подделка невозможна, т.к. на обычной меди ленточная фторопластовая изоляция довольно быстро расползается. МГТФ сейчас есть в широкой продаже и стоит много дешевле фирменных, с гарантией, аудиопроводов. Недостаток у него один: его невозможно выполнить расцвеченным, но это можно исправить бирками. Есть также и бескислородные обмоточные провода, см. далее.

Теоретическая интермедия

Как видим, уже на первых порах освоения звукотехники нам пришлось столкнуться с понятием Hi-Fi (High Fidelity), высокая верность воспроизведения звука. Hi-Fi бывают разных уровней, которые ранжируются по след. основным параметрам:

1. Полосе воспроизводимых частот.
2. Динамическому диапазону – отношению в децибелах (дБ) максимальной (пиковой) выходной мощности к уровню собственных шумов.
3. Уровню собственных шумов в дБ.
4. Коэффициенту нелинейных искажений (КНИ) на номинальной (долговременной) выходной мощности. КНИ на пиковой мощности принимается 1% или 2% в зависимости от методики измерений.
5. Неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе воспроизводимых частот. Для АС – отдельно на низких (НЧ, 20-300 Гц), средних (СЧ, 300-5000 Гц) и высоких (ВЧ, 5000-20 000 Гц) звуковых частотах.

Примечание: отношение абсолютных уровней каких-либо величин I в (дБ) определяется как P(дБ) = 20lg(I1/I2). Если I1

Все тонкости и нюансы Hi-Fi нужно знать, занимаясь проектированием и постройкой АС, а что касается самодельного Hi-Fi УМЗЧ для дома, то, прежде чем переходить к таким, нужно четко уяснить себе требования к их мощности, необходимой для озвучивания данного помещения, динамическому диапазону (динамике), уровню собственных шумов и КНИ. Добиться от УМЗЧ полосы частот 20-20 000 Гц с завалом на краях по 3 дБ и неравномерностью АЧХ на СЧ в 2 дБ на современной элементной базе не составляет больших сложностей.

Громкость

Мощность УМЗЧ не самоцель, она должна обеспечивать оптимальную громкость воспроизведения звука в данном помещении. Определить ее можно по кривым равной громкости, см. рис. Естественных шумов в жилых помещениях тише 20 дБ не бывает; 20 дБ это лесная глушь в полный штиль. Уровень громкости в 20 дБ относительно порога слышимости это порог внятности – шепот разобрать еще можно, но музыка воспринимается только как факт ее наличия. Опытный музыкант может определить, какой инструмент играет, но что именно – нет.

40 дБ – нормальный шум хорошо изолированной городской квартиры в тихом районе или загородного дома – представляет порог разборчивости. Музыку от порога внятности до порога разборчивости можно слушать при наличии глубокой коррекции АЧХ, прежде всего по басам. Для этого в современные УМЗЧ вводят функцию MUTE (приглушка, мутирование, не мутация!), включающую соотв. корректирующие цепи в УМЗЧ.

90 дБ – уровень громкости симфонического оркестра в очень хорошем концертном зале. 110 дБ может выдать оркестр расширенного состава в зале с уникальной акустикой, каких в мире не более 10, это порог восприятия: звуки громче воспринимаются еще как различимый по смыслу с усилием воли, но уже раздражающий шум. Зона громкости в жилых помещениях 20-110 дБ составляет зону полной слышимости, а 40-90 дБ – зону наилучшей слышимости, в которой неподготовленные и неискушенные слушатели вполне воспринимают смысл звука. Если, конечно, он в нем есть.

Мощность

Расчет мощности аппаратуры по заданной громкости в зоне прослушивания едва ли не основная и самая трудная задача электроакустики. Для себя в условиях лучше идти от акустических систем (АС): рассчитать их мощность по упрощенной методике, и принять номинальную (долговременную) мощность УМЗЧ равной пиковой (музыкальной) АС. В таком случае УМЗЧ не добавит заметно своих искажений к таковым АС, они и так основной источник нелинейности в звуковом тракте. Но и делать УМЗЧ слишком мощным не следует: в таком случае уровень его собственных шумов может оказаться выше порога слышимости, т.к. считается он от уровня напряжения выходного сигнала на максимальной мощности. Если считать совсем уж просто, то для комнаты обычной квартиры или дома и АС с нормальной характеристической чувствительностью (звуковой отдачей) можно принять след. значения оптимальной мощности УМЗЧ:

• До 8 кв. м – 15-20 Вт.
• 8-12 кв. м – 20-30 Вт.
• 12-26 кв. м – 30-50 Вт.
• 26-50 кв. м – 50-60 Вт.
• 50-70 кв. м – 60-100 Вт.
• 70-100 кв. м – 100-150 Вт.
• 100-120 кв. м – 150-200 Вт.
• Более 120 кв. м – определяется расчетом по данным акустических измерений на месте.

Динамика

Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:

1. Симфоническая музыка и джаз с симфоническим сопровождением – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) идеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) приемлемо. Звук с динамикой 80-85 дБ в городской квартире не отличит от идеального никакой эксперт.
2. Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
3. Попса любого рода и саундтреки к фильмам – 66 дБ за глаза хватит, т.к. данные опусы уже при записи сжимаются по уровням до 66 дБ и даже до 40 дБ, чтобы можно было слушать на чем угодно.

Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.

КНИ

Нелинейные искажения (НИ) УМЗЧ это составляющие спектра выходного сигнала, которых не было во входном. Теоретически НИ лучше всего «затолкать» под уровень собственных шумов, но технически это очень трудно реализуемо. На практике берут в расчет т. наз. эффект маскировки: на уровнях громкости ниже прим. 30 дБ диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот сужается, как и способность различать звуки по частоте. Музыканты слышат ноты, но оценить тембр звука затрудняются. У людей без музыкального слуха эффект маскировки наблюдается уже на 45-40 дБ громкости. Поэтому УМЗЧ с КНИ 0,1% (–60 дБ от уровня громкости в 110 дБ) оценит как Hi-Fi рядовой слушатель, а с КНИ 0,01% (–80 дБ) можно считать не искажающим звук.

Лампы

Последнее утверждение, возможно, вызовет неприятие, вплоть до яростного, у адептов ламповой схемотехники: мол, настоящий звук дают только лампы, причем не просто какие-то, а отдельные типы октальных. Успокойтесь, господа – особенный ламповый звук не фикция. Причина – принципиально различные спектры искажений у электронных ламп и транзисторов. Которые, в свою очередь, обусловлены тем, что в лампе поток электронов движется в вакууме и квантовые эффекты в ней не проявляются. Транзистор же прибор квантовый, там неосновные носители заряда (электроны и дырки) движутся в кристалле, что без квантовых эффектов вообще невозможно. Поэтому спектр ламповых искажений короткий и чистый: в нем четко прослеживаются только гармоники до 3-й – 4-й, а комбинационных составляющих (сумм и разностей частот входного сигнала и их гармоник) очень мало. Поэтому во времена вакуумной схемотехники КНИ называли коэффициентом гармоник (КГ). У транзисторов же спектр искажений (если они измеримы, оговорка случайная, см. ниже) прослеживается вплоть до 15-й и более высоких компонент, и комбинационных частот в нем хоть отбавляй.

На первых порах твердотельной электроники конструкторы транзисторных УМЗЧ брали для них привычный «ламповый» КНИ в 1-2%; звук с ламповым спектром искажений такой величины рядовыми слушателями воспринимается как чистый. Между прочим, и самого понятия Hi-Fiтогда еще не было. Оказалось – звучат тускло и глухо. В процессе развития транзисторной техники и выработалось понимание, что такое Hi-Fi и что для него нужно.

В настоящее время болезни роста транзисторной техники успешно преодолены и побочные частоты на выходе хорошего УМЗЧ с трудом улавливаются специальными методами измерений. А ламповую схемотехнику можно считать перешедшей в разряд искусства. Его основа может быть любой, почему же электронике туда нельзя? Тут уместна будет аналогия с фотографией. Никто не сможет отрицать, что современная цифрозеркалка дает картинку неизмеримо более четкую, подробную, глубокую по диапазону яркостей и цвета, чем фанерный ящичек с гармошкой. Но кто-то крутейшим Никоном «клацает фотки» типа «это мой жирный кошак нажрался как гад и дрыхнет раскинув лапы», а кто-то Сменой-8М на свемовскую ч/б пленку делает снимок, перед которым на престижной выставке толпится народ.

Примечание: и еще раз успокойтесь – не все так плохо. На сегодня у ламповых УМЗЧ малой мощности осталось по крайней мере одно применение, и не последней важности, для которого они технически необходимы.

Опытный стенд

Многие любители аудио, едва научившись паять, тут же «уходят в лампы». Это ни в коем случае не заслуживает порицания, наоборот. Интерес к истокам всегда оправдан и полезен, а электроника стала таковой на лампах. Первые ЭВМ были ламповыми, и бортовая электронная аппаратура первых космических аппаратов была тоже ламповой: транзисторы тогда уже были, но не выдерживали внеземной радиации. Между прочим, тогда под строжайшим секретом создавались и ламповые… микросхемы! На микролампах с холодным катодом. Единственное известное упоминание о них в открытых источниках есть в редкой книге Митрофанова и Пикерсгиля «Современные приемно-усилительные лампы».

Но хватит лирики, к делу. Для любителей повозиться с лампами на рис. – схема стендового лампового УМЗЧ, предназначенного именно для экспериментов: SA1 переключается режим работы выходной лампы, а SA2 – напряжение питания. Схема хорошо известна в РФ, небольшая доработка коснулась только выходного трансформатора: теперь можно не только «гонять» в разных режимах родную 6П7С, но и подбирать для других ламп коэффициент включения экранной сетки в ульралинейном режиме; для подавляющего большинства выходных пентодов и лучевых тетродов он или 0,22-0,25, или 0,42-0,45. Об изготовлении выходного трансформатора см. ниже.

Гитаристам и рокерам

Это тот самый случай, когда без ламп не обойтись. Как известно, электрогитара стала полноценным солирующим инструментом после того, как предварительно усиленный сигнал со звукоснимателя стали пропускать через специальную приставку – фьюзер – преднамеренно искажающую его спектр. Без этого звук струны был слишком резким и коротким, т.к. электромагнитный звукосниматель реагирует только на моды ее механических колебаний в плоскости деки инструмента.

Вскоре выявилось неприятное обстоятельство: звучание электрогитары с фьюзером обретает полную силу и яркость только на больших громкостях. Особенно это проявляется для гитар со звукоснимателем типа хамбакер, дающим самый «злой» звук. А как быть начинающему, вынужденному репетировать дома? Не идти же в зал выступать, не зная точно, как там зазвучит инструмент. И просто любителям рока хочется слушать любимые вещи в полном соку, а рокеры народ в общем-то приличный и неконфликтный. По крайней мере те, кого интересует именно рок-музыка, а не антураж с эпатажем.

Так вот, оказалось, что роковый звук появляется на уровнях громкости, приемлемых для жилых помещений, если УМЗЧ ламповый. Причина – специфическое взаимодействие спектра сигнала с фьюзера с чистым и коротким спектром ламповых гармоник. Тут снова уместна аналогия: ч/б фото может быть намного выразительнее цветного, т.к. оставляет для просмотра только контур и свет.

Тем, кому ламповый усилитель нужен не для экспериментов, а в силу технической необходимости, долго осваивать тонкости ламповой электроники недосуг, они другим увлечены. УМЗЧ в таком случае лучше делать бестрансформаторный. Точнее – с однотактным согласующим выходным трансформатором, работающим без постоянного подмагничивания. Такой подход намного упрощает и ускоряет изготовление самого сложного и ответственного узла лампового УМЗЧ.

«Бестрансформаторный» ламповый выходной каскад УМЗЧ и предварительные усилители к нему

Справа на рис. дана схема бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ, а слева – варианты предварительного усилителя для него. Вверху – с регулятором тембра по классической схеме Баксандала, обеспечивающей достаточно глубокую регулировку, но вносящей небольшие фазовые искажения в сигнал, что может быть существенно при работе УМЗЧ на 2-полосную АС. Внизу – предусилитель с регулировкой тембра попроще, не искажающей сигнал.

Но вернемся к «оконечнику». В ряде зарубежных источников данная схема считается откровением, однако идентичная ей, за исключением емкости электролитических конденсаторов, обнаруживается в советском «Справочнике радиолюбителя» 1966 г. Толстенная книжища на 1060 страниц. Не было тогда интернета и баз данных на дисках.

Там же, справа на рис., коротко, но ясно описаны недостатки этой схемы. Усовершенствованная, из того же источника, дана на след. рис. справа. В ней экранная сетка Л2 запитана от средней точки анодного выпрямителя (анодная обмотка силового трансформатора симметричная), а экранная сетка Л1 через нагрузку. Если вместо высокоомных динамиков включить согласующий трансформатор с обычным динамиков, как в пред. схеме, выходная мощность составить ок. 12 Вт, т.к. активное сопротивление первичной обмотки трансформатора много меньше 800 Ом. КНИ этого оконечного каскада с трансформаторным выходом – прим. 0,5%

Как сделать трансформатор?

Главные враги качества мощного сигнального НЧ (звукового) трансформатора – магнитное поле рассеяния, силовые линии которого замыкаются, обходя магнитопровод (сердечник), вихревые токи в магнитопроводе (токи Фуко) и, в меньшей степени – магнитострикция в сердечнике. Из-за этого явления небрежно собранный трансформатор «поет», гудит или пищит. С токами Фуко борются, уменьшая толщину пластин магнитопровода и дополнительно изолируя их лаком при сборке. Для выходных трансформаторов оптимальная толщина пластин – 0,15 мм, максимально допустимая – 0,25 мм. Брать для выходного трансформатора пластины тоньше не следует: коэффициент заполнения керна (центрального стержня магнитопровода) сталью упадет, сечение магнитопровода для получения заданной мощности придется увеличить, отчего искажения и потери в нем только возрастут.

В сердечнике звукового трансформатора, работающего с постоянным подмагничиванием (напр., анодным током однотактного выходного каскада) должен быть небольшой (определяется расчетом) немагнитный зазор. Наличие немагнитного зазора, с одной стороны, уменьшает искажения сигнала от постоянного подмагничивания; с другой – в магнитопроводе обычного типа увеличивает поле рассеяния и требует сердечника большего сечения. Поэтому немагнитный зазор нужно рассчитывать на оптимум и выполнять как можно точнее.

Для трансформаторов, работающих с подмагничиванием, оптимальный тип сердечника – из пластин Шп (просеченных), поз. 1 на рис. В них немагнитный зазор образуется при просечке керна и потому стабилен; его величина указывается в паспорте на пластины или замеряется набором щупов. Поле рассеяния минимально, т.к. боковые ветви, через которые замыкается магнитный поток, цельные. Из пластин Шп часто собирают и сердечники трансформаторов без подмагничивания, т.к. пластины Шп делают из высококачественной трансформаторной стали. В таком случае сердечник собирают вперекрышку (пластины кладут просечкой то в одну, то в другую сторону), а его сечение увеличивают на 10% против расчетного.

Трансформаторы без подмагничивания лучше мотать на сердечниках УШ (уменьшенной высоты с уширенными окнами), поз. 2. В них уменьшение поля рассеяния достигается за счет уменьшения длины магнитного пути. Поскольку пластины УШ доступнее Шп, из них часто набирают и сердечники трансформаторов с подмагничиванием. Тогда сборку сердечника ведут внакрой: собирают пакет из Ш-пластин, кладут полоску непроводящего немагнитного материала толщиной в величину немагнитного зазора, накрывают ярмом из пакета перемычек и стягивают все вместе обоймой.

Примечание: «звуковые» сигнальные магнитопроводы типа ШЛМ для выходных трансформаторов высококачественных ламповых усилителей мало пригодны, у них большое поле рассеяния.

На поз. 3 дана схема размеров сердечника для расчета трансформатора, на поз. 4 конструкция каркаса обмоток, а на поз. 5 – выкройки его деталей. Что до трансформатора для «бестрансформаторного» выходного каскада, то его лучше делать на ШЛМме вперекрышку, т.к. подмагничивание ничтожно мало (ток подмагничивания равен току экранной сетки). Главная задача тут – сделать обмотки как можно компактнее с целью уменьшения поля рассеяния; их активное сопротивление все равно получится много меньше 800 Ом. Чем больше свободного места останется в окнах, тем лучше получился трансформатор. Поэтому обмотки мотают виток к витку (если нет намоточного станка, это маета ужасная) из как можно более тонкого провода, коэффициент укладки анодной обмотки для механического расчета трансформатора берут 0,6. Обмоточный провод – марок ПЭТВ или ПЭММ, у них жила бескислородная. ПЭТВ-2 или ПЭММ-2 брать не надо, у них от двойной лакировки увеличенный наружный диаметр и поле рассеяния будет больше. Первичную обмотку мотают первой, т.к. именно ее поле рассеяния больше всего влияет на звук.

Железо для этого трансформатора нужно искать с отверстиями в углах пластин и стяжными скобами (см. рис. справа), т.к. «для полного счастья» сборка магнитопровода производится в след. порядке (разумеется, обмотки с выводами и наружной изоляцией должны быть уже на каркасе):

1. Готовят разбавленный вдвое акриловый лак или, по старинке, шеллак;
2. Пластины с перемычками быстро покрывают лаком с одной стороны и как можно быстрее, не придавливая сильно, вкладывают в каркас. Первую пластину кладут лакированной стороной внутрь, следующую – нелакированной стороной к лакированной первой и т.д;
3. Когда окно каркаса заполнится, накладывают скобы и туго стягивают болтами;
4. Через 1-3 мин, когда выдавливание лака из зазоров видимо прекратится, добавляют пластин снова до заполнения окна;
5. Повторяют пп. 2-4, пока окно не будет туго набито сталью;
6. Снова туго стягивают сердечник и сушат на батарее и т.п. 3-5 суток.

Собранный по такой технологии сердечник имеет очень хорошие изоляцию пластин и заполнение сталью. Потерь на магнитострикцию вообще не обнаруживается. Но учтите – для сердечников их пермаллоя данная методика неприменима, т.к. от сильных механических воздействий магнитные свойства пермаллоя необратимо ухудшаются!

На микросхемах

УМЗЧ на интегральных микросхемах (ИМС) делают чаще всего те, кого устраивает качество звука до среднего Hi-Fi, но более привлекает дешевизна, быстрота, простота сборки и полное отсутствие каких-либо наладочных процедур, требующих специальных знаний. Попросту, усилитель на микросхемах – оптимальный вариант для «чайников». Классика жанра здесь – УМЗЧ на ИМС TDA2004, стоящей на серии, дай бог памяти, уже лет 20, слева на рис. Мощность – до 12 Вт на канал, напряжение питания – 3-18 В однополярное. Площадь радиатора – от 200 кв. см. для максимальной мощности. Достоинство – способность работать на очень низкоомную, до 1,6 Ом, нагрузку, что позволяет снимать полную мощность при питании от бортовой сети 12 В, а 7-8 Вт – при 6-вольтовом питании, напр., на мотоцикле. Однако выход TDA2004 в классе В некомплементарный (на транзисторах одинаковой проводимости), поэтому звучок точно не Hi-Fi: КНИ 1%, динамика 45 дБ.

Более современная TDA7261 звук дает не лучше, но мощнее, до 25 Вт, т.к. верхний предел напряжения питания увеличен до 25 В. Нижний, 4,5 В, все еще позволяет запитываться от 6 В бортсети, т.е. TDA7261 можно запускать практически от всех бортсетей, кроме самолетной 27 В. С помощью навесных компонент (обвязки, справа на рис.) TDA7261 может работать в режиме мутирования и с функцией St-By (Stand By, ждать), переводящей УМЗЧ в режим минимального энергопотребления при отсутствии входного сигнала в течение определенного времени. Удобства стоят денег, поэтому для стерео нужна будет пара TDA7261 с радиаторами от 250 кв. см. для каждой.

Примечание: если вас чем-то привлекают усилители с функцией St-By, учтите – ждать от них динамики шире 66 дБ не стоит.

«Сверхэкономична» по питанию TDA7482, слева на рис., работающая в т. наз. классе D. Такие УМЗЧ иногда называют цифровыми усилителями, что неверно. Для настоящей оцифровки с аналогового сигнала снимают отсчеты уровня с частотой квантования, не мене чем вдвое большей наивысшей из воспроизводимых частот, величина каждого отсчета записывается помехоустойчивым кодом и сохраняется для дальнейшего использования. УМЗЧ класса D – импульсные. В них аналог непосредственно преобразуется в последовательность широтно-модулированных импульсов (ШИМ) высокой частоты, которая и подается на динамик через фильтр низких частот (ФНЧ).

Звук класса D с Hi-Fi не имеет ничего общего: КНИ в 2% и динамика в 55 дБ для УМЗЧ класса D считаются очень хорошими показателями. И TDA7482 здесь, надо сказать, выбор не оптимальный: другие фирмы, специализирующиеся на классе D, выпускают ИМС УМЗЧ дешевле и требующие меньшей обвязки, напр., D-УМЗЧ серии Paxx, справа на рис.

Из TDAшек следует отметить 4-канальную TDA7385, см. рис., на которой можно собрать хороший усилитель для колонок до среднего Hi-Fi включительно, с разделением частот на 2 полосы или для системы с сабвуфером. Расфильтровка НЧ и СЧ-ВЧ в том и другом случае делается по входу на слабом сигнале, что упрощает конструкцию фильтров и позволяет глубже разделить полосы. А если акустика сабвуферная, то 2 канала TDA7385 можно выделить под суб-УНЧ мостовой схемы (см. ниже), а остальные 2 задействовать для СЧ-ВЧ.

УМЗЧ для сабвуфера

Сабвуфер, что можно перевести как «подбасовик» или, дословно, «подгавкиватель» воспроизводит частоты до 150-200 Гц, в этом диапазоне человеческие уши практически не способны определить направление на источник звука. В АС с сабвуфером «подбасовый» динамик ставят в отельное акустическое оформление, это и есть сабвуфер как таковой. Сабвуфер размещают, в принципе, как удобнее, а стереоэффект обеспечивается отдельными СЧ-ВЧ каналами со своими малогабаритными АС, к акустическому оформлению которых особо серьезных требований не предъявляется. Знатоки сходятся на том, что стерео лучше все же слушать с полным разделением каналов, но сабвуферные системы существенно экономят средства или труд на басовый тракт и облегчают размещение акустики в малогабаритных помещениях, почему и пользуются популярностью у потребителей с обычным слухом и не особо взыскательных.

«Просачивание» СЧ-ВЧ в сабвуфер, а из него в воздух, сильно портит стерео, но, если резко «обрубить» подбасы, что, кстати, очень сложно и дорого, то возникнет очень неприятный на слух эффект перескока звука. Поэтому расфильтровка каналов в сабвуферных системах производится дважды. На входе электрическими фильтрами выделяются СЧ-ВЧ с басовыми «хвостиками», не перегружающими СЧ-ВЧ тракт, но обеспечивающими плавный переход на подбас. Басы с СЧ «хвостиками» объединяются и подаются на отдельный УМЗЧ для сабвуфера. Дофильтровываются СЧ, чтобы не портилось стерео, в сабвуфере уже акустически: подбасовый динамик, ставят, напр., в перегородку между резонаторными камерами сабвуфера, не выпускающими СЧ наружу, см. справа на рис.

К УМЗЧ для сабвуфера предъявляется ряд специфических требований, из которых «чайники» главным считают возможно большую мощность. Это совершенно неправильно, если, скажем, расчет акустики под комнату дал для одной колонки пиковую мощность W, то мощность сабвуфера нужна 0,8(2W) или 1,6W. Напр., если для комнаты подходят АС S-30, то сабвуфер нужен 1,6х30=48 Вт.

Гораздо важнее обеспечить отсутствие фазовых и переходных искажений: пойдут они – перескок звука обязательно будет. Что касается КНИ, то он допустим до 1% Собственные искажения басов такого уровня не слышны (см. кривые равной громкости), а «хвосты» их спектра в лучше всего слышимой СЧ области не выберутся из сабвуфера наружу.

Во избежание фазовых и переходных искажений усилитель для сабвуфера строят по т. наз. мостовой схеме: выходы 2-х идентичных УМЗЧ включают встречно через динамик; сигналы на входы подаются в противофазе. Отсутствие фазовых и переходных искажений в мостовой схеме обусловлено полной электрической симметрией путей выходного сигнала. Идентичность усилителей, образующих плечи моста, обеспечивается применением спаренных УМЗЧ на ИМС, выполненных на одном кристалле; это, пожалуй, единственный случай, когда усилитель на микросхемах лучше дискретного.

Примечание: мощность мостового УМЗЧ не удваивается, как думают некоторые, она определяется напряжением питания.

Пример схемы мостового УМЗЧ для сабвуфера в комнату до 20 кв. м (без входных фильтров) на ИМС TDA2030 дан на рис. слева. Дополнительная отфильтровка СЧ осуществляется цепями R5C3 и R’5C’3. Площадь радиатора TDA2030 – от 400 кв. см. У мостовых УМЗЧ с открытым выходом есть неприятная особенность: при разбалансе моста в токе нагрузки появляется постоянная составляющая, способная вывести из строя динамик, а схемы защиты на подбасах часто глючат, отключая динамик, когда не надо. Поэтому лучше защитить дорогую НЧ головку «дубово», неполярными батареями электролитических конденсаторов (выделено цветом, а схема одной батареи дана на врезке.

Немного об акустике

Акустическое оформление сабвуфера – особая тема, но раз уж здесь дан чертеж, то нужны и пояснения. Материал корпуса – МДФ 24 мм. Трубы резонаторов – из достаточно прочного не звенящего пластика, напр., полиэтилена. Внутренний диаметр труб – 60 мм, выступы внутрь 113 мм в большой камере и 61 в малой. Под конкретную головку громкоговорителя сабвуфер придется перенастроить по наилучшему басу и, одновременно, по наименьшему влиянию на стереоэффект. Для настройки трубы берут заведомо большей длины и, задвигая-выдвигая, добиваются требуемого звучания. Выступы труб наружу на звук не влияют, их потом отрезают. Настройка труб взаимозависима, так что повозиться придется.

Усилитель для наушников

Усилитель для наушников делают своими руками чаще всего по 2-м причинам. Первая – для слушания «на ходу», т.е. вне дома, когда мощности аудиовыхода плеера или смартфона не хватает для раскачки «пуговок» или «лопухов». Вторая – для высококлассных домашних наушников. Hi-Fi УМЗЧ для обычной жилой комнаты нужен с динамикой до 70-75 дБ, но динамический диапазон лучших современных стереонаушников превышает 100 дБ. Усилитель с такой динамикой стоит дороже некоторых автомобилей, а его мощность будет от 200 Вт в канале, что для обычной квартиры слишком много: прослушивание на сильно заниженной против номинальной мощности портит звук, см. выше. Поэтому имеет смысл сделать маломощный, но с хорошей динамикой отдельный усилитель именно для наушников: цены на бытовые УМЗЧ с таким довеском завышены явно несуразно.

Схема простейшего усилителя для наушников на транзисторах дана на поз. 1 рис. Звук – разве что для китайских «пуговок», работает в классе B. Экономичностью тоже не отличается – 13-мм литиевых батареек хватает на 3-4 часа при полной громкости. На поз. 2 – TDAшная классика для наушников «на ход». Звук, впрочем, дает вполне приличный, до среднего Hi-Fi смотря по параметрам оцифровки трека. Любительским усовершенствованиям обвязки TDA7050 несть числа, но перехода звука на следующий уровень классности пока не добился никто: сама «микруха» не позволяет. TDA7057 (поз. 3) просто функциональнее, можно подключать регулятор громкости на обычном, не сдвоенном, потенциометре.

УМЗЧ для наушников на TDA7350 (поз. 4) рассчитан уже на раскачку хорошей индивидуальной акустики. Именно на этой ИМС собраны усилители для наушников в большинстве бытовых УМЗЧ среднего и высокого класса. УМЗЧ для наушников на KA2206B (поз. 5) считается уже профессиональным: его максимальной мощности в 2,3 Вт хватает и для раскачки таких серьезных изодинамических «лопухов», как ТДС-7 и ТДС-15.

Уходят в прошлое, и теперь, чтобы собрать какой-либо простой усилитель, уже не надо мучаться с расчетами и клепать печатную плату больших размеров.

Сейчас почти вся дешевая усилительная техника делается на микросхемах. Самое большое распространение получили микросхемы TDA для усиления аудиосигнала. В настоящее время они используются в автомагнитолах, в активных сабвуферах, в домашней акустике и во многих других аудиоусилителях и выглядят примерно вот так:

Плюсы микросхем TDA

1. Для того, чтобы собрать на них усилитель, достаточно подвести питание, подключить динамики и несколько радиоэлементов.
2. Габариты этих микросхем совсем небольшие, но надо будет их ставить на радиатор, иначе будут сильно греться.
3. Они продаются в любом радиомагазине. На Али что-то дороговатые, если брать в розницу.
4. В них встроены различные защиты и другие опции, типа отключения звука и тд. Но по моим наблюдениям, защиты срабатывают не очень хорошо, поэтому микросхемы часто дохнут или от перегрева, либо от . Так что желательно не замыкать выводы микросхемы между собой и не перегревать микросхему, выжимая из нее все соки.
5. Цена. Я бы не сказал, что они очень дорогие. По цене и выполняемым функциям им нет равных.

Одноканальный усилитель на TDA7396

Давайте соберем простой одноканальный усилитель на микросхеме TDA7396. На момент написания статьи я ее взял по цене в 240 рублей. В даташите на микросхему говорилось, что эта микросхема может выдать до 45 Ватт в нагрузку 2 Ома. То есть если замерить сопротивление катушки динамика и оно будет равняться около 2 Ом, то на динамике вполне можно получить пиковую мощность в 45 Ватт. Этой мощности вполне хватит, чтобы устроить дискотеку в комнате не только для себя, но и для соседей и при этом получить посредственное звучание, что, конечно же, не сравнить с hi-fi усилителями.

Вот распиновка микросхемы:

Собирать наш усилитель будем по типичной схеме, которая была приложена в самом даташите:

На ножку 8 подаем +Vs, а на 4 ножку ничего не подаем. Следовательно, схема примет вот такой вид:

Vs — это напряжение питания. Оно может быть от 8 и до 18 Вольт. «IN+» и «IN-» — сюда подаем слабый звуковой сигнал. К 5 и 7 ноге цепляем динамик. Шестую ногу садим на минус.

Вот моя сборка навесным монтажом

Конденсаторы на входе питания 100нФ и 1000мкФ я не использовал, так как у меня с блока питания итак идет чистое напряжение.

Раскачивал динамик с такими параметрами:

Как видите, сопротивление катушки 4 Ома. Полоса частот говорит о том, что он сабвуферного типа.

А вот так у меня выглядит саб в самопальном корпусе:

Пробовал снять видео, но звук на видео у меня снимает очень плохо. Но все-таки могу сказать, что с телефона на средней мощности уже долбило так, что уши заворачивались, хотя потребление всей схемы в рабочем виде составило всего около 10 Ватт (умножаем 14,3 на 0,73). В этом примере я взял напряжение, как в автомобиле, то есть 14,4 Вольта, что вполне укладывается в наш рабочий диапазон от 8 и до 18 Вольт.

Если у вас нет мощного источника питания, то его можно собрать вот по этой схеме.

Не зацикливайтесь именно на этой микросхеме. Этих микросхем TDA, как я уже говорил, существует множество видов. Некоторые из них усиливают стереосигнал и могут выдавать звук сразу на 4 динамика, как это сделано в автомагнитолах. Так что не поленитесь порыться в интернете и найти подходящую ТДАшку. После окончания сборки дайте заценить соседям ваш усилитель, выкрутив ручку громкости на всю балалайку и прислонив мощный динамик к стене).

А вот в статье я собирал усилитель на микросхеме TDA2030A

Получилось очень даже неплохо, так как TDA2030A обладает лучшими характеристиками, чем TDA7396

Также приложу для разнообразия еще схему от подписчика, у которого усилитель на TDA 1557Q работает исправно уже более 10 лет подряд:

Усилители на Алиэкспресс

На Али я также находил кит наборы на TDA. Например, вот этот стерео усилитель по 15 Ватт на канал по цене 1$. Этой мощности вполне хватит, чтобы потусить под любимые треки в комнатушке

Купить можно .

А вот он уже сразу готовый

Да и вообще, этих модулей усилителей на Алиэкпресс ну очень много. Нажимаете на эту ссылку и выбираете любой понравившийся усилитель.

— это аппарат на полевых транзисторах в выходном тракте реализованный по схеме с «плавающей землей». То есть, «плавающая» земля образуется в случае, когда общий провод какой то части системы электрически не связан с шиной заземления. За время существования данной схемы усилителя в нее были внесены существенные изменения, которые в большей степени повысили технические характеристики УМЗЧ.

Схема усилителя мощности образца 2016 года.

Создание аппарата с «виртуальным нулем» или как говорят «средней точкой» имеет свои особенности: усилитель звука для колонок своими руками не требует установки напряжение в «ноль», не требуется защита акустической системы от постоянки на выходе; существенно облегчается изготовление силового трансформатора. Для схемы оконечника с постоянной средней точкой необходимо две пары отдельных обмоток на одном сердечнике или же нужно два транса с двумя обмотками.

Немного о тестировании и замере характеристик ранней версии данного аппарата, которая также была собрана с использованием MOSFET-транзисторов в выходном каскаде. Измерение параметров показало явное присутствие помех от сети во входной цепи УМЗЧ. И если сравнивать его с усилителем со средней постоянной точкой, то здесь присутствует огромное количество помех кратных частоте 50 Гц в диапазоне до 1 кГц.

Снижение количества помех

Для кардинального снижения количества радиопомех появляющихся во входной цепи усилителя через постоянный резистор R3, было решено: цепочку смещения напряжения на управляющий электрод (затвор) полевого транзистора Q2 реализовать с полной симметрией по переменному напряжению. Исходя из того, что резисторы R4 и R11 идентичны и еще добавлена емкостная цепочка С4-С6 то подбором номинала резисторов R5-R12 можно установить приемлемое напряжение смещения для входного ключа. Помимо этого включенные в цепь емкости С4-С6, отфильтровывают переменное напряжение, появляющуюся на выводах источников тока.

На этапе конструирования модели усилитель звука для колонок своими руками потребовал тщательно проработать задачу генерации аппарата на сверхнизких частотах в диапазоне ниже 20 Гц. А именно при слишком малой суммарной емкости конденсаторов в цепи питания и значительной емкости по входу С1. Так, расположенность усилителя к самовозбуждению обусловливается R-C цепью по питающему напряжению R16-C5 (R17-C3), и естественно конденсаторами в источнике питания. Чтобы обеспечить усилителю условия для устойчивой и стабильной работы, суммарную емкость электролитических конденсаторов в каждом из плеч источника питания необходимо устанавливать 10000мкФ при C1 до 0.15 мкФ, 15000 мкФ при C1= 0.22 мкФ и 20000мкФ при C1= 0.33мкФ.

Для качественного воспроизведения звука на низких частотах было увеличено сопротивление УМЗЧ по входу. С этой целью вместо биполярного транзистора по входу был установлен MOSFET-транзистор Q2, а взамен отражателя тока в первичном каскаде был реализован источник тока. Второй каскад усилителя собран по схемотехники с общим эмиттером.

Надежность усилителя

Чтобы обеспечить работу аппарата надежностью в каждое плечо схемы были включены пара биполярных транзистора Q11-Q15, выполняющие функцию ограничения пикового тока проходящего в цепи выходных транзисторов 7А-8А. Помимо этого, для ограничения прямого и обратного напряжения относительно выводов транзистора Q14 в схему был добавлен выпрямительный диод 1N4148 (D7).

Важные технические характеристики усилителя мощности:

Ток покоя в схеме устанавливается переменным резистором R23а (100 Ом). Оптимальный ток покоя для нормальной работы устройства нужен в пределах 80 мА. Даже при таком значении тока покоя искажения сигнала на выходе данного концевого усилителя находятся в пределах 0.09% с коротким мгновенно снижающий диапазон гармоник.

Модернизированный блок питания.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор мощностью 140 Вт собран на тороидальном сердечнике с двумя вторичными обмотками имеющими напряжение по ~36v в каждой. Блок выпрямителя состоит из двух диодных мостом рассчитанных на номинальное напряжение 100v и ток 10А. Фильтры выпрямителя по схеме реализованы на четырех емкостях по 10000 F на напряжение 63v со средней точкой. Причем раздельные для каждого канала, а также без гальванической завязки с общей шиной. Именно на эти средние точки подаются акустические провода со знаком «-» от левого и правого каналов. В зависимости от конструкции вашего корпуса трансформаторов можно установить два, мощностью по 70-80 Вт каждый. На электролитические емкости С3-С4 нужно параллельно поставить шунты в виде бумажных конденсаторов C1-C2.