Усилитель с HI-END качеством звучания
Вашему вниманию представляется усилитель с очень мягким, как ламповый усилитель звуком, но превосходящий ламповые усилители по другим параметрам (отношение сигнал/шум и нелинейные искажения).
Воспроизводимый звуковой диапазон: от 10Гц до 25кГц
Соотношение сигнал/шум: не ниже 92dB (не взвешенное)
Нелинейные искажения: 0,001%
Подтолкнуло меня к созданию такого усилителя, любовь к очень хорошему и качественному звуку.
Пересмотрев массу всевозможных схем, сделал небольшой набросок принципиальной схемы усилителя. Позже столкнулся с поиском хорошего по качеству звучания операционного усилителя, занял такой поиск микросхемы в интернете на тот момент около 2 недель.
Первое условие - этот операционный усилитель должен быть высоковольтным, второе - очень качественным по соотношению сигнал/шум. До этого я собирал неплохие усилители на отечественной элементной базе микросхемах К544УД2 и К574УД1, а также на мощных выходных транзисторах КТ818 и КТ819. На тот момент их параметры меня полностью устраивали.
Но с появлением на наших прилавках современной импортной техники требования к такому усилителю стали намного выше, хотелось очень качественного звука, сравнимого по звучанию с ламповыми усилителями.
Итак, со всеми компонентами я определился, началась непосредственная сборка самого усилителя, а поскольку в то время я работал в сервисном центре, то и настройку со сборкой делал на работе в свободное от ремонта время.
Первый вариант усилителя выглядел так – это было только начало.
Поскольку на тот момент у меня еще не было ни корпуса, ни окончательно разведенных плат, устройство было собранно в коробке от упаковок ДВД проигрывателей. В таком виде оно проработало около месяца, и никаких казусов в работе не произошло.
После этого я плотно взялся за разводку печатных плат и вот что из этого вышло.
Ну и как выглядят платы промышленного производства:
Схемотехника усилителя довольно проста в сборке и не содержит дефицитных элементов.
Все компоненты можно приобрести на любом радиорынке.
Классическое схемопостроение как входного, так и выходного каскадов, позволило выполнить очень простую в сборке схему усилителя и что немало важно нет никакой необходимости в его настройке. Да именно в настройке он не нуждается, поскольку в схеме нет регулирующих элементов подстройки токов покоя выходного каскада, системы термостабилизации и т.п.
После сборки усилителя необходимо после включения в сеть проверить на выходе усилителя постоянное напряжение, оно должно быть в диапазоне +20/ -20мВ, при этом вход усилителя нужно замкнуть на землю. Если это напряжение находиться в пределах нормы усилитель готов к работе, не забудьте только выпаять перемычку по входу.
На операционном усилителе собрана схема усиления по напряжению, с коэффициентом усиления приблизительно на 25. Транзисторы VT1, VT2, VT5, VT6, VT7 и VT8 включены по схеме ОЭ и выполняют функцию усилителей тока с коэффициентом 10.
На транзисторах VT3 и VT4 собрана схема термостабилизации самого усилителя, и они, как и выходные транзисторы также находятся на радиаторе. Если эти транзисторы не будут укреплены на радиатор, то усилитель мгновенно нагреется до температуры свыше 90 градусов.
Максимальная температура нагрева усилителя при нагрузке и длительной его эксплуатации составляла 70 градусов.
Катушка L1 содержит от 16 до 20 витков намотанные в один слой провода ПЭВ-2 1мм.
Конденсаторы С2 и С7 желательно использовать металлобумажные, а остальные многослойная керамика.
Транзисторы можно использовать импортные, подходящие по параметрам.
При определенных изменениях в схеме мощность данного усилителя можно поднять до 100Вт.
Ниже прилагается фото собранного усилителя:
К сожалению, я не мастер по металлу и дереву, но вот что у меня из этого вышло.
Данный усилитель работает достаточно надежно уже на протяжении 8 лет и никаких проблем не происходило. Качество его звучания очень пристойное, где-то и превосходящее ламповые усилители по мягкости звука, не говоря о шумах и нелинейных искажениях самих ламповых усилителей. Да-да я не оговорился.
Были произведены сравнения по качеству звучания с такими моделями как NAD, Rotel, Arcam и Yamaha, данная схема усилителя превзошла все выше перечисленные модели по мягкости и качеству звука.
Существует два варианта плат под левую сторону и правую сторону, в архиве находится только левая сторона разводки платы.
|
Как вам эта статья? |
Делаем простой усилитель звука своими руками. Нам понадобится следующее:
1) Катушка: L1 5 мкГн
2) Резисторы: R1,R3 2,2 кОм; R2,R5 22кОм; R4 680 Ом; R6 2,2 Ом; R7 10 Ом.
3)Конденсаторы: С1,C4- 4,7 мкФ-25В; С3-22 мкФ-25В; С3-22 мкФ-25В; С5-0,47 мкФ-25В; С6,C7-1000 мкФ-35В.
4)Микросхема: DA1 TDA2050
Также для пайки необходимо приобрести: керамический паяльник, припой, стеклотекстолит, хлорное железо, флюс (канифоль), динамик (для проверки работоспособности усилителя), питание 10 В («крона»), провода, разъем, радиатор (первое время микросхема будет греться не сильно, но все же рекомендуется поставить охлаждение), глянцевая фотобумага.
Теперь самое интересное, подготовка к работе. Вот схема нашего устройства:
Теперь нам необходимо сделать разводку, которую проще всего сделать в программе sprint layout. После того, как разводка готова печатаем на фотобумаге нашу разводку (принтер обязательно должен быть лазерным!). После чего накладываем напечатанный фрагмент на нашу плату и в течение 5-10 мин гладим утюгом. Затем опускаем под воду и легкими движениями счищаем бумагу. Теперь нам необходимо протравить плату. Для этого берем хлорное железо и добавляем его в слегка подогретую воду и окунаем туда плату (ни в кое случае не используйте посуду, предназначенную для приёма пищи!) Процесс травления занимает от 10 мин до 5-8 часов, все зависит от количества раствора и температуры воды. После того, как плата протравилась счищаем слой краски, в результате чего наши дорожки станут медными. Теперь нам осталось припаять элементы. Для начала просверлим отверстия под наши элементы, после чего дорожки рекомендуется смазать флюсом. После это по схеме вставляем все элементы и припаиваем их. На этом наша работа переходит в завершающую стадию, проверка на работоспособность.
Подключив питание, динамик и подсоединив джек к устройству с разъемом 3,5 мм, вы услышите свою любимую музыку. Для удобства можно придумать корпус к вашему устройству, пример корпуса вы можете увидеть ниже.
У него будут различные габариты и сложность построения схемы. В статье будет затронуто сразу три типа усилителей - на транзисторах, микросхемах и лампах. И начать стоит именно с последних.
Ламповый УНЧ
Такие можно часто встретить в старой аппаратуре - телевизорах, радиоприемниках. Несмотря на устаревание, такая техника все еще пользуется популярностью у меломанов. Бытует мнение, будто ламповый звук намного чище и красивее, нежели «оцифрованный». Вполне возможно, во всяком случае такого эффекта, как от ламп, не добиться применением транзисторных схем. Стоит заметить, что схема усилителя звука (простейшая, с использованием ламп) может быть реализована на одном лишь триоде.
В данном случае необходимо сигнал подавать на сетку радиолампы. К катоду подводится напряжение смещения - корректируется путем подбора сопротивления в цепи. На анод через конденсатор и первичную обмотку трансформатора подается напряжение питания (свыше 150 Вольт). Соответственно, вторичная обмотка подключается к динамику. Но это простая схема, а на практике часто применяют двух- или трехкаскадные конструкции, в которых имеется предварительный и оконечный усилитель (на мощных лампах).
Недостатки и преимущества ламповых конструкций
Какой же недостаток может быть у ламповой техники? Выше было упомянуто о том, что анодное напряжение должно быть свыше 150 Вольт. Вдобавок к этому обязательно наличие переменного напряжения 6,3 В для питания нитей накалов ламп. Иногда требуется 12,6 В, так как существуют лампы с таким напряжением накала. Отсюда вывод - огромная необходимость использовать массивные трансформаторы.
Но есть плюсы, которые отличают ламповую технику от транзисторной: простота монтажа, долговечность, практически невозможно вывести из строя всю схему. Разве что разбить нужно баллон лампы, чтобы сломать ее. Чего не скажешь о транзисторах - чрезмерно нагретое жало паяльника или статика запросто могут разрушить структуру перехода. Такая же проблема и с микросхемами.
Транзисторные схемы
Выше приведена схема усилителя звука на транзисторах. Как можно заметить, она достаточно сложная - используется большое количество компонентов, которые позволяют всей системе работать. Но если разбить их на мелкие составляющие, то окажется, что не все так и сложно. И вся схема работает практически так же, как и вышеописанная на вакуумном триоде. По сути, полупроводниковый транзистор - это не что иное, как триод.
Простейшая конструкция - это схема на одном полупроводнике, на базу которого подается сразу три напряжения: от плюса питания через сопротивление положительное и от общего провода отрицательное, а также от источника сигнала. Снимается усиленный сигнал с коллектора. Выше приведена в пример схема усилителя звука (простейшая на транзисторах). Она в чистом виде не используется.
Микросхемы
Намного современнее и качественнее будет усилитель на микросхемах. Благо на сегодняшний день их великое множество. Простейшая схема усилителя звука на микросхеме содержит крайне малое количество элементов. И сделать самостоятельно хороший УНЧ сможет любой человек, который умеет более-менее сносно обращаться с паяльником. Как правило, микросхемы содержат пару-тройку конденсаторов и сопротивлений.
Все остальные элементы, необходимые для работы, имеются в самом кристалле. Но самое главное - это питание. Для некоторых конструкций нужно использовать двухполярные блоки питания. Зачастую проблема возникает именно в них. Микросхемы, которым нужно такое питание, например, довольно сложно использовать для изготовления автомобильного усилителя.
Полезные «примочки»
Раз уж начался разговор об усилителях на микросхемах, то нелишним будет упомянуть о том, что они могут использоваться с темброблоками. Специально для таких устройств выпускаются микросхемы. Они содержат в себе все необходимые компоненты, останется только правильно произвести монтаж всего устройства.
И у вас появится возможность производить регулировки тембра звучания музыки. Вкупе со светодиодным эквалайзером это будет не только удобным, но и красивым средством визуализации звука. И самое интересное для любителей автозвука - это, конечно же, возможность подключения сабвуфера. Но этому стоит посвятить отдельный раздел, ведь тема интересная и познавательная.
Сабвуфер - это просто
Преимущества современных усилителей на микросхемах
Рассмотрев все возможные типы усилителей, можно сделать вывод: наиболее качественные и простые изготавливаются только на современной элементной базе. Очень много микросхем выпускается именно для усилителей низких частот. В качестве примера можно привести УНЧ типа TDA с различными цифровыми обозначениями.
Они используются практически везде, так как имеются как маломощные, так и мощные микросхемы. Например, для портативных колонок компьютера лучше всего использовать микросхемы, у которых мощность не выше 2-3 Вт. А вот для автомобильной техники или акустики домашнего кинотеатра желательно применять микросхемы мощностью свыше 30 Вт. Но обратите внимание на то, что нуждаются в защите звука. Схемы должны содержать плавкий предохранитель, который защитит от короткого замыкания в цепи.
Плюс еще и в том, что не требуется массивный блок питания, поэтому можно без проблем использовать готовый, например, от ноутбука, ПК, старых МФУ (у новых, как правило, блок питания находится внутри). Легкость монтажа - это то, что важно для начинающих радиолюбителей. Единственное, что требуется для таких устройств, - это качественное охлаждение. Если речь идет о мощной технике, то придется устанавливать принудительное - один или несколько кулеров на радиаторе.
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
- Для того, чтобы собрать на них усилитель, достаточно подвести питание, подключить динамики и несколько радиоэлементов.
- Габариты этих микросхем совсем небольшие, но надо будет их ставить на радиатор, иначе будут сильно греться.
- Они продаются в любом радиомагазине. На Али что-то дороговатые, если брать в розницу.
- 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.
- 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.
Высокое входное сопротивление и неглубокая ОС - основной секрет теплого лампового звучания. Ни для кого не секрет, что именно на лампах реализуются самые высококачественные и дорогие усилители, которые относятся к разряду HI-End. Давайте поймем, что такое качественный усилитель? Качественным имеет право называться тот усилитель мощности НЧ, который полностью повторяет форму входного сигнала на выходе, не искажая его, разумеется выходной сигнал уже усиленный. В сети можно встретить несколько схем действительно высококачественных усилителей, которые имеют право относится к разряду HI-End и совсем не обязательна ламповая схематика. Для получения максимального качества, нужен усилитель, выходной каскад которого работает в чистом классе А. Максимальная линейность схемы дает минимальное кол-во искажений на выходе, поэтому в строении высококачественных усилителей особое внимание уделяется именно этому фактору. Ламповые схемы хороши, но не всегда доступны даже для самостоятельной сборки, а промышленные ламповые УМЗЧ от брендовых производителей стоят от нескольких тысяч, до нескольких десятков тысяч долларов США - такая цена уж точно не по карману многим.
Возникает вопрос - можно ли аналогичных результатов добиться от транзисторных схем? ответ будет в конце статьи.
Линейных и сверхлинейных схем усилителей мощности НЧ достаточно много, но схему, которая будет сегодня рассмотрена является ультралинейной схемой высокого качества, которая реализована всего на 4-х транзисторах. Схема была создана в далеком 1969 году, британским инженером-звуковиком Джоном Линсли-Худом (John Linsley-Hood). Автор является создателем еще нескольких высококачественных схем, в частности класса А. Некоторые знатоки называют этот усилитель самым качественным среди транзисторных УНЧ и я в этом убедился еще год назад.
Первая версия такого усилителя была представлена на . Удачная попытка реализации схемы заставила создать двухканальный УНЧ по этой же схеме, собрать все в корпусе и использовать для личных нужд.
Особенности схемы
Не смотря на простоту, схема имеет несколько особенностей. Правильный режим работы может нарушиться из-за неправильной разводки платы, неудачного расположения компонентов, неправильное питание и т.п..
Именно питание - особо важный фактор - крайне не советую питать данный усилитель от всевозможных блоков питания, оптимальный вариант аккумулятор или блок питания с параллельно включенным аккумулятором.
Мощность усилителя составляет 10 ватт с питанием 16 Вольт на нагрузку 4 Ом. Саму схему можно приспособить для головок 4, 8 и 16 Ом.
Мною была создана стереофоническая версия усилителя, оба канала расположены на одной плате.
Второй - предназначен для раскачки выходного каскада, поставил КТ801 (раздобыл достаточно трудно.
В самом выходном каскаде поставил мощные биполярные ключи обратной проводимости - КТ803 именно с ними получил несомненно высокое качество звучание, хотя экспериментировал со многими транзисторами - КТ805, 819 , 808, даже поставил мощные составные - КТ827, с ним мощность на много выше, но звук не сравниться с КТ803, хотя это лишь мое субъективное мнение.
Входной конденсатор с емкостью 0,1-0,33мкФ, нужно использовать пленочные конденсаторы с минимальной утечкой, желательно от известных производителей, тоже самое и с выходным электролитическим конденсатором.
Если схема рассчитана под нагрузку 4 Ом, то не стоит повышать напряжение питания выше 16-18 Вольт.
Звуковой регулятор решил не поставить, он в свою очередь тоже оказывает влияние на звук, но параллельно входу и минусу желательно поставить резистор 47к.
Сама плата - макетная. С платой пришлось долго повозиться, поскольку линии дорожек тоже оказывали некое влияние на качество звука в целом. Этот усилитель имеет очень широкий диапазон воспроизводимых частот, от 30 Гц до 1мГц.
Настройка - проще простого. Для этого нужно переменным резистором добиться половины питающего напряжения на выходе. Для более точной настройки стоит использовать многооборотный переменный резистор. Один шуп мультиметра присоединяем с минусом питания, другой ставим к линии выхода, т.е к плюсу электролита на выходе, таким образом, медленно вращая переменник добиваемся половины питания на выходе.
