В статье описан авторский вариант малогабаритного стереофонического УМЗЧ на интегральной микросхеме фирмы PHILIPS типа TDA1557Q, основными достоинствами которой являются малое количество дополнительных внешних деталей, достаточно большая мощность для бытовой аппаратуры и высокое качество воспроизводимых звуковых сигналов.

Во входной цепи применен простейший регулятор тембра. Совокупная простота конструкции позволяет изготовить его начинающим радиолюбителям для качественного воспроизведения музыкальных фонограмм с компьютеров, DVD-плееров, кассетных магнитофонов, приемников FM-диапазона, проигрывателей грампластинок и т.п.

Как сделать усилитель звука

В статье как сделать усилитель звука даны описание принципа работы мостовых схем усилителей и некоторые технологические советы.

Как сделать усилитель звука своими руками

Предлагаемая читателям конструкция усилителя звука вполне доступна для изготовления начинающими радиолюбителями, благодаря применению недорогой интегральной микросхемы типа TDA1557Q, включенной по мостовой схеме, требующей минимального количества внешних деталей, простоте конструкции и схемы регуляторов тембра и стереобаланса.

Несмотря на простоту конструкции, данный усилитель звука обладает достаточно высокими техническими характеристиками:

[styled_table]

[/styled_table]

Приведенные технические характеристики усилителя звука в основном достигаются схемными решениями примененной интегральной микросхемы. Чувствительность данной микросхемы равна 50 мВ, что на 20 дБ выше других микросхем данной серии. Это позволило подбором параметров темброблока получить стандартную чувствительность усилителя мощности звуковой частоты 200 мВ для воспроизведения звуковых сигналов с линейных выходов отечественной аппаратуры.

При воспроизведении звуковых сигналов с линейных выходов импортной аппаратуры со стандартным выходным напряжением 500 мВ нормальный уровень воспроизведения без проблем устанавливается регулятором громкости. Фонограммы с лицензионных лазерных дисков имеют хорошее качество и довольно равномерную частотную характеристику, что позволяет воспроизводить их качественно без регуляторов тембра и стереобаланса. Учитывая, что многие радиолюбители предпочитают иногда прослушивать свои старые любимые записи с магнитных лент, кассет и грампластинок, в усилитель звука введены регуляторы тембра и стереобаланса.

Для эксперимента регуляторы тембра выполнены по простейшей схеме, позволяющие только уменьшать уровень низких частот для устранения бубнения или хрипов малогабаритных акустических колонок, а также уменьшить уровень высоких частот для уменьшения шумов старых записей и шипения грампластинок. Эксперимент для моих потребностей оказался удачным, поэтому я его оставил в первозданном виде. Конструкция не исключает применение и традиционных схем регуляторов тембра, которые повышают и понижают уровни высоких и низких частот, но они содержат больше деталей.

Как сделать простой усилитель звука

Принципиальная электрическая схема авторского варианта простого усилителя звука показана на сайте радиочипи см. рис.1. Начинающим радиолюбителям полезно знать, чем отличается мостовой УМЗЧ от традиционного на двух выходных транзисторах, которые широко используются в бытовых серийных радиоприемниках, магнитофонах, телевизорах и другой звуковоспроизводящей аппаратуре.

Преимущество обычного усилителя звука состоит в использовании в выходном каскаде только двух транзисторов, а в мостовом УМЗЧ для этого необходимо четыре транзистора. Недостатком выходного каскада на двух транзисторах, при использовании однополярного питания, является наличие постоянного напряжения на выходе этих транзисторов, что требует разделительного электролитического конденсатора большой емкости для подключения АС.

Как сделать усилитель звука для колонок

Данный конденсатор препятствует попаданию постоянного напряжения на динамические головки (акустические колонки), а пропускает только звуковой сигнал. Чем ниже частота звукового сигнала НЧ диапазона и больше мощность усилителя мощности низкой частоты, тем больше емкость и габариты этого конденсатора, так как сопротивление конденсатора с уменьшением частоты увеличивается.

По закону Ома с увеличением сопротивления конденсатора растет падение напряжения звукового сигнала на нем, а на акустических колонках оно уменьшается, и, чем ниже частота, тем меньше напряжение на акустических системах, т.е., происходит завал АЧХ при недостаточной емкости разделительного конденсатора.

Мощность усилителя звука НЧ, кроме всего прочего, напрямую зависит от величины питающего напряжения. Электрическая мощность на нагрузке определяется классической формулой:
P=U²/R,

где U – эффективное напряжение на нагрузке, R – сопротивление нагрузки. Эффективное напряжение равно 0,71 амплитудного значения напряжения (Uа) на нагрузке. На рис.2 упрощенно показана схема выходного каскада УМЗЧ на двух транзисторах. В режиме покоя в точке «а» будет половина напряжения питания (Un/2).

В рабочем режиме амплитудное значение напряжения при открытом транзисторе VT1 и закрытом VT2 даже в идеальном случае не может превысить значение Un/2. По этой причине такой усилитель мощности в автомобиле с напряжением бортовой сети U =12В не может выдать мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом более чем (6×0,71) ²/4 = 4,52Вт, чего явно недостаточно для нормального озвучивания салона.

Кроме того, такие усилители мощности имеют большое количество внешних деталей.
В связи с этими проблемами была разработана и продолжает совершенствоваться серия интегральных микросхем, способных работать в мостовом режиме, главным достоинством которого является удвоение амплитудного значения напряжения на нагрузке. На рис.3 упрощенно показана схема выходного каскада мостового усилителя мощности звуковой частоты.

В режиме покоя в точках «а» и «б» напряжения одинаковы и равны половине величины питающего напряжения. На нагрузке между этими точками нет разности потенциалов, т.е. постоянного напряжения, поэтому разделительный конденсатор между выходом усилителя и акустической системы не требуется, что полностью исключает потери сигнала на нем, особенно в НЧ диапазоне, и существенно уменьшает габариты усилителя мощности низкой частоты. На рис.4, а показано, что положительная полуволна сигнала поступает на вход левого плеча и в момент t1 полностью открывает VT1 и закрывает VT2.

При этом напряжение в точке «а» повышается на 6 В. Инвертированная полуволна этого сигнала поступает на вход правого плеча и в этот же момент полностью открывает VT4 и закрывает VT3. При этом напряжение в точке «б» понижается на 6 В. В результате амплитудное значение напряжения на нагрузке Ua (в точке «а» относительно точки «б») станет равным 12 В (рис.4, б), что в два раза больше, чем в усилителе мощности на двух транзисторах. После момента t2 на входы начнут поступать сигналы отрицательной полуволны, и все повторится, но в обратной полярности.

При этом максимальная мощность на нагрузке Р=(12×0,71) ²/4= 18,15 Вт. Мощность 22 Вт в канале достигается при увеличении напряжении питания и обеспечении амплитуды выходного напряжения 14,4 В. Большой интерес представляют интегральные микросхемы фирмы PHILIPS следующих типов:

TDA1551Q, TDA1552Q, TDA1553Q, TDA1554Q, TDA1555Q, TDA1557Q, TDA1558Q, TDA8560Q, TDA8561Q, TDA8564Q, которые можно использовать в аналогичных усилителях мощности. Эти микросхемы разработаны для применения в автомобильных аудиосистемах и по схемным решениям в основном идентичны.

Все они имеют мощный пластиковый корпус SIL с выводами, согнутыми под формат DIL, содержат по четыре усилителя мощности с двухтранзисторным выходом и схемы стабилизации параметров и защит. Отличаются они чувствительностью от 50 мВ до 500 мВ, дополнительными возможностями, такими как детектор искажений, защита от коротких замыканий выводов АС на корпус, защита выводов от статического электричества, переключатель режимов и другие, а также количеством выводов.

Часть микросхем имеет четыре входа для каждого внутреннего усилителя мощности, что позволяет подключать четыре АС через разделительные конденсаторы для квадрофонического воспроизведения звука или две АС в мостовом включении для стереофонического воспроизведения звука. У таких микросхем имеется 17 выводов. Микросхемы с двумя входами имеют 13 выводов и могут работать только в мостовом включении. Таковой является микросхема TDA1557Q, использованная в предлагаемом читателям усилителе мощности. Схема включения и назначение выводов указанных выше микросхем показаны на рис.5, а основные характеристики приведены в [1].

Конструкция и детали. Конструкция авторского варианта усилителя мощности в сборе показана на фото в начале статьи. В качестве корпуса использована прозрачная коробочка для дискет. Переменные резисторы закреплены на алюминиевой пластинке размерами 40×92 мм и толщиной 2 мм. Радиатор с микросхемой и печатной платой закреплен на пластмассовом уголке, который крепится к корпусу теми же винтами, что и радиатор. На этом уголке также установлены входные и выходные гнезда разъемов. В авторском варианте применено два входных гнезда, включенных параллельно, что необязательно.

Выходные гнезда мостовых усилителей должны быть изолированы от корпуса и не иметь общих проводов. Конденсаторы темброблока припаяны к выводам резисторов. Оконечный каскад усилителя мощности собран на печатной плате (40×22 мм), показанной на рис.6, которая не имеет собственного крепления к корпусу усилителя мощности, а удерживается за счет выводов микросхемы. Микросхема закреплена на радиаторе без изоляционной прокладки с применением теплопроводной пасты. На рис.6 показаны номера выводов микросхемы.

Печатную плату можно изготовить путем рисования. Для этого необходимо вначале на плотной бумаге нанести точки отверстий для выводов микросхемы, а затем для имеющихся деталей с учетом их размеров, ориентируясь на рис.6. Далее необходимо бумагу обрезать по размеру будущей платы, наложить на стеклотекстолит, шилом перенести на него эти точки и просверлить отверстия диаметром 0,8 мм. Плату зачистить мелкой наждачной шкуркой, обезжирить, нанести токопроводящие дорожки нитрокраской с помощью тонкой кисти, высушить, протравить плату в растворе хлорного железа, промыть водой и высушить.

Более качественные печатные платы получаются при использовании компьютерной программы для печатных плат LAYJUT40.INI. Для этого необходимо нарисованный рисунок печатной платы преобразовать в зеркальное изображение, распечатать его лазерным принтером на меловой бумаге и обрезать по размеру печатной платы. Рисунок должен иметь тонкую линию по периметру платы. Рисунок накладывается на зачищенный и обезжиренный фольгированный текстолит. Под текстолит и поверх рисунка накладывается 3-5 слоев обычной бумаги.

После этого нагретый утюг в среднем положении регулятора температуры накладывается на плату на 1…2 мин. Температура запекания краски принтера около 125°С. Далее плата погружается в воду на 5…7 мин, после размокания бумага полностью скатывается пальцами руки. Затем плата травится и сверлится обычным способом. Перед монтажом и пайкой деталей контактные площадки платы желательно покрыть раствором канифоли в спирте, либо залудить все дорожки на плате. Монтаж деталей усилителя мощности показан на рис.7.

В усилителе мощности применены следующие радиодетали: сдвоенные переменные резисторы регуляторов громкости и тембра типа СПЗ-4аМ, одиночный переменный резистор регулятора стереобаланса с выключателем питания типа СПЗ-4вМ, конденсаторы керамические низковольтные типа 6Н-90, 1BVD или аналогичные малогабаритные, конденсатор электролитический импортный или отечественный тина К50-35, выходные гнезда типа «Тюльпан», входные гнезда могут быть любыми, в зависимости от имеющегося источника звуковых сигналов.

Например, для подключения DVD- плеера могут быть применены также гнезда типа «Тюльпан». Радиатор ребристый с общей площадью не менее 100 см². Практически данный усилитель звука не требует наладки. В зависимости от выходных параметров источника звука и вкуса в прослушивании музыкальных программ можно величиной сопротивления резисторов R7 и R8 устанавливать чувствительность усилителя мощности низкой частоты в пределах 50…500 мВ, а величиной емкости конденсаторов С1-С4 можно сужать или расширять пределы регулировки тембра.

Электропитание усилителя звука осуществляется от бортовой сети автомобиля, отдельной аккумуляторной батареи 12В или сетевого источника питания с выходным постоянным напряжением 9… 16В и мощностью не менее 50Вт. При этом следует напомнить, что уменьшение напряжения питания уменьшает выходную мощность любого усилителя.