Если в ремонтируемом телевизоре или стационарном радиоприемнике вышла из строя микросхема интегрального усилителя мощности низкой частоты, для которой нет замены, а до ближайшего магазина далеко или нет времени задерживать ремонт, то можно изготовить несложный экономичный усилитель мощности звуковой частоты из подручных деталей, которые годами лежат у радиолюбителей, подолгу не находя применения.
Схема УМЗЧ усилитель мощности
Кроме того, усилитель, о котором пойдет речь, можно использовать для экспериментов, как учебное пособие, для модернизации устаревших промышленных звуковоспроизводящих устройств и как модуль усилителя мощности звуковой частоты в новых самодельных конструкциях.
Этот усилитель можно применить взамен вышедших из строя интегральных УМЗЧ, не имеющих узлов электронного управления режимами работы и работающих от однополярного напряжения 14…25В постоянного тока. Например, взамен интегральных микросхем одноканальных усилителей типов К174УН7, К174УН9, К174УН14, ULN3702Z, TA7252R, TDA1908, TDA1908A, TDA1910. При напряжении питания 24В усилитель развивает на нагрузке сопротивлением 4 Ом мощность 8 Вт. Дальнейшее увеличение громкости ведет к заметному росту искажений.
Принципиальная схема УМЗЧ показана на сайте. Его отличительная особенность в том, что выходной каскад работает в режиме «В» – с нулевым током покоя. Применение такого режима не только уменьшает потребляемую мощность усилителя от источника питания, но и позволяет отказаться от узлов температурной стабилизации тока покоя выходного каскада. Минусом режима «В» при его использовании в простых схемах УМЗЧ может стать возможная склонность усилителя к самовозбуждению на высоких частотах и то, что достаточно сложно получить малые нелинейные искажения выходного сигнала.
Входной сигнал звуковой частоты через резистор R2 и разделительный конденсатор С5 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя DA1, в качестве которого применен относительно быстродействующий и мощный интегральный операционный усилитель типа КР140УД18 [1]. Включенные как двух анодный стабилитрон биполярные транзисторы VT1, VT2 защищают вход ОУ от мощных разрядов статического электричества, которые могут иметь место, при подключении источника сигнала к входу усилителя, если усилитель будет эксплуатироваться как отдельное устройство. Коэффициент усиления DA1 по напряжению примерно равен отношению сопротивлений резисторов R7 и R3, в данном случае он равен примерно 12.
Усилитель звукового сигнала по току, т.е. и по мощности, выполнен на биполярных транзисторах VT3-VT6. Сопротивления резисторов R9, R10 подобраны таким образом, что напряжение на переходах база-эмиттер транзисторов VT3. VT4 составляет не более 0,4 В, поэтому эти транзисторы при отсутствии входного сигнала закрыты, закрытыми окажутся и мощные выходные транзисторы VT5, VT6, ток покоя выходного транзисторного каскада равен нулю. Конденсаторы С10, С11 устраняют возможное самовозбуждение усилителя на высоких частотах, для этой же цели предназначена и демпфирующая цепочка из R15C15. На элементах R6, С1, С4 реализован фильтр питания ОУ.
Конденсатор С13 уменьшает вероятность деградации разделительного конденсатора С14 при частой продолжительной работе усилителя на полной мощности. Диоды VD1, VD2 в этом усилителе предотвращают резкий рост тока покоя выходного каскада, если усилитель будет запитан большим напряжением питания, чем напряжение, для работы при котором он был настроен.
Усилитель был смонтирован на монтажной плате размерами 143×50 мм (см. фото). На плате оставлен свободный участок размерами 40×40 мм, который можно задействовать для установки дополнительных деталей при модернизации усилителя мощности звуковой частоты.
Усилитель мощности звука собран на деталях:
Транзисторы КТ315А можно заменить любыми из серий КТ315, КТ3102, SS9014. Если усилитель не будет эксплуатироваться как отдельное устройство, а будет встроен в функционально законченный аппарат, то эти транзисторы можно не устанавливать. Вместо транзистора SS8050D можно применить 2SC2331Y 2SC2383Y 2SC2550A-D. КТ646В, КТ630А-Е, КТ6114А-Е. Транзистор SS8550D можно заменить 2SA1013Y, 2SA910Y. 2SA931Y, КТ639В, КТ639И. КТ6115А-Е, КТ644Г.
Транзисторы VT3, VT4 следует подобрать с коэффициентом h2l3 не менее 200. Мощный транзистор КТ865А можно заменить КТ816А. КТ818Б; а транзистор КТ864А можно заменить КТ817Б. КТ819Б. Транзисторы VT3, VT4 должны иметь коэффициент h21э 50… 100 при токе коллектора 100 мА. Их устанавливают на общий теплоотвод из дюралюминия, представляющего собой пластину размерами 200x50x2 мм. С таким теплоотводом при напряжении питания 24В усилитель может работать с нагрузкой сопротивлением 8 Ом и более.
При эксплуатации УМЗЧ с нагрузкой сопротивлением 4 Ом размеры теплоотвода следует увеличить, например, прикрутив к его плоскости ребристый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности 100…200 см2. Мощные транзисторы можно установить на общий теплоотвод без изолирующих прокладок, но в этом случае теплоотвод должен быть обязательно изолирован от корпуса (общего провода) конструкции.
Диоды КД522А можно заменить любыми из серий КД510, КД521, КД522,1N4148, 1N914. На месте защитного диода КД202А может работать любой из серий КД202, КД226, 1 N5400… 1 N5408. Если переполюсовка напряжения исключена, то этот диод можно не устанавливать. Оксидные конденсаторы – импортные аналоги К50-35, К50-68. Конденсаторы С5, С15 – малогабаритные пленочные, например, К73-17 на рабочее напряжение 63 В или импортные. Остальные неполярные конденсаторы – керамические К10-17, КМ5, КМ-6 или аналоги.
Вместо операционного усилителя КР140УД18 можно попробовать применить, например, КР140УД608, КР140УД708, LF355. Однако в этом случае АЧХ УМЗЧ может иметь спад в области высоких частот. Для того чтобы можно было быстро заменить один ОУ другим, микросхему DA1 устанавливают в панельку DIP-8. Можно попробовать установить и любой другой ОУ общего применения, работающий при напряжении питания 15…30 В (однополярное), учитывая различия в схемах включения. Резисторы можно применить ОМЛТ, С1-4, С1-10, С1-14, С2-23 и другие аналогичные общего применения.
Предохранитель FU1 плавкий или самовосстанавливающийся на ток 2,5 А. Применение самовосстанавливающегося предохранителя желательно, если усилитель будет использоваться в экспериментальных целях. Если усилитель будет питаться от мостового выпрямителя, подключенном к понижающему сетевому трансформатору, питающемуся от сети 220 В / 50 Гц, то суммарная емкость конденсаторов фильтра выпрямителя должна быть не менее 8000 мкФ, для чего можно параллельно конденсатору С12 подключить еще один такой же. Для питания стереофонического варианта УМЗЧ суммарная емкость конденсаторов фильтра должна быть не менее 12000 мкФ.
Настройка УМЗЧ
Для настройки безошибочно собранного усилителя необходим осциллограф и генератор. Осциллограф подключают к выходу усилителя мощности низкой частоты. Между входом УМЗЧ и общим проводом временно подключают резистор сопротивлением 10 кОм. Подав на УМЗЧ напряжение питания, убеждаются в отсутствии высокочастотного самовозбуждения, как при отключенной нагрузке, так и при подключенной, в качестве которой используется динамическая головка мощностью не менее 5 Вт. Далее, отсоединив временный резистор, на вход УМЗЧ подают синусоидальный сигнал амплитудой 1,5 В, частотой 16…22000 Гц.
Сигнал на выходе УМЗЧ должен быть «чистым», без высокочастотного возбуждения, выбросов и провалов – линия тонкая, без размытостей. При необходимости, устранить возникающее ВЧ самовозбуждение можно подбором конденсаторов С10, С11 или их исключением. Если высокочастотные колебания будут заметны при отсутствии входного сигнала, то следует увеличить емкость конденсатора С15 или ввести дополнительную цепочку ВЧ коррекции, которая подключается параллельно резистору R7 и состоит из последовательно включенных резистора сопротивлением 1,5 кОм и конденсатора емкостью 10…47 пф.
При использовании микросхемы операционного усилителя типа КР140УД18 обычно не возникает проблем с устойчивостью УМЗЧ. Если же вместо КР140УД18 будут использованы менее быстродействующие, но более распространенные и имеющие ту же цоколевку КР140УД608, К140УД6, то обеспечить устойчивую работу этого усилителя будет сложнее, могут возрасти и искажения.
Также причиной самовозбуждения и роста искажений УМЗЧ может быть неудачная разводка силовых и сигнальных цепей – эмиттеры транзисторов VT5, VT6, динамическая головка, минус питания DA1, резистор R15. конденсатор С2 должны быть в соответствии с принципиальной схемой подключены непосредственно к соответствующим выводам конденсатора С12 отдельными печатными дорожками или монтажными проводами.
«Сигнальный общий провод» берется от «минуса» питания DA1. В качестве нагрузки этого УМЗЧ при напряжении питания более 18В предпочтительнее использовать динамическую головку с сопротивлением катушки не мене 8 Ом. Для предварительной настройки УМЗЧ, особенно в ночное время, когда нежелательно тревожить соседей, можно воспользоваться устройством, описание которого дается в [2]. Для питания УМЗЧ можно применить импульсный источник питания от старого принтера [3].
