Усилители звуковой частоты, из чего их можно сотворить. Увеличить выходную мощность можно с помощью мостовой схемы УМЗЧ. Такая схема позволяет получить на нагрузке при тех же параметрах в два раза большую мощность.

Ничего “страшного” в ней нет. Она представляет собой два одинаковых УМЗЧ, на входы которых подают одинаковые входные сигналы, но только в противофазе. Нагрузку включают методу выходами этих усилителей. Что при этом получается, надеюсь, уже нетрудно догадаться. А если все-таки трудно, посмотрите на схемы в [1, 2].

Как собрать усилитель звука своими руками

Теперь подошло время рассмотреть усилитель звука, который призван усилить что-нибудь с уровня нескольких милливольт до такой мощности, чтобы можно было подключить к его выходу хотя бы небольшой громкоговоритель. “Составим” его из уже известных нам блоков. Получившаяся схема показана на рис.12.

Для построения этого усилителя нужен один операционный усилитель и два, одинаковых по параметрам, но разной проводимости (комплементарных), транзистора. В связи с тем что усилитель работает на достаточно большую емкостную нагрузку, для обеспечения стабильности работы схемы на выходе операционного усилителя включен резистор R4. ОУ на форму выходного сигнала.

Диод и соединенный с ним последовательно резистор предназначены для обеспечения режима работы транзисторов по постоянному току. Сопротивление этого резистора необходимо подобрать экспериментально, в зависимости от типа используемых транзисторов, контролируя ток покоя (без сигнала) УМЗЧ.

Качественные характеристики этого усилителя, как и большинства усилителей класса А, совсем не плохие. К сожалению, у таких усилителей есть и достаточно существенный недостаток — потребляемый от источника питания ток всегда практически постоянен и не зависит от того, усиливает он что-нибудь или нет.

Естественно, такое положение вещей неприемлемо для малогабаритных и переносных конструкций с автономным питанием. Однако, уменьшая ток покоя подбором величины R6 и наблюдая форму выходного сигнала, можно перейти в класс АВ, при котором ступенька еще не видна (ее лучше рассматривать при малых сигналах), а усилитель становится значительно более экономичным.

Очевидно, рассмотренный усилитель не удовлетворит основную массу читателей своей выходной мощностью. Все начинающие (да и не только) радиолюбители предъявляют к своим конструкциям весьма противоречивые требования. Если это усилитель, то им хочется, чтобы он был простым, мощным, высококачественным и, по возможности, недорогим.

Удовлетворить одновременно всем этим требованиям достаточно трудно, но если сделать так, чтобы предлагаемые схемы помогали еще и понять принцип работы этих усилителей, то “игра будет стоить свеч”. Рассмотрим усилитель мощности, схема которого приведена на рис.13. В нем использован операционный усилитель “среднего класса” (его отечественный аналог — К140УД7) и мощный каскад с усилением по напряжению около 10. Общий коэффициент усиления такого усилителя равен:

К=R1/R2=82000/680=120

Если бы такое усиление обеспечивалось только операционным усилителем, то верхняя рабочая частота составляла бы всего около 10 кГц (посмотрите еще раз на график 2 на рис.3). Но так как в нашем случае “операционнику” необходимо иметь коэффициент усиления всего 12 (остальные 10 обеспечит выходной каскад), то полоса пропускания всего усилителя будет приближаться к графику 3 на рис.З., а это уже явно больше 20 кГц.

Определим, какую максимальную выходную мощность можно получить в этом усилителе. Теоретически, если воспользоваться ранее изложенной методикой расчета, для напряжения питания 50В (от -Uпит до +Uпит) и сопротивления нагрузки 4 Ом это будет выглядеть так:

Но теория есть теория. Давайте подключим к усилителю все необходимые для измерения его мощности приборы (рис.14) и разберемся, что мы получим на практике. Так как снимать точный отсчет с экрана осциллографа не очень удобно, величина входного напряжения определяется по шкале генератора, а выходное напряжение измеряется цифровым вольтметром.

Помимо этого, контролируется еще и величина потребляемого тока от обоих источников питания амперметрами РА1 и РА2. С помощью подбора резистора R5, включенного между коллектором и базой транзистора VT1 (рис. 13), устанавливается ток холостого хода усилителя (20…30 мА). Осциллографом контролируется форма сигнала.

Теперь посчитаем, что же все-таки у нас получилось. Пусть при измерениях зафиксированы следующие параметры нашего УМЗЧ: Uвх = 0,2В; Uвых = 17,18В; Uпит+ = 25 В; Uпит = – 25В; I+ = 2A, I = -2A. Коэффициент усиления по напряжению равен:

Кu=17,18/0,2=86

Учитывая, что про емкости в цепи обратной связи мы “забыли” (ведь их сопротивление зависит от частоты), все почти сошлось. Выходная мощность 2. Получилось, что при определении выходной мощности теория не сильно-то и расходится с практикой.

Разницу можно объяснить тем, что транзисторы выходного каскада включены так, что их напряжение насыщения не превышает 1,5 В. Оглянемся на то, как обстоят дела с КПД. Формула для расчета этого параметра одинакова для любых устройств и известна еще со школы. Она выглядит следующим образом:

N=P1/P0*100=73,8/50*2=100=73,8(%)

При максимально возможном КПД усилителей такого класса в 76%, получилось совсем неплохо. В этом усилителе можно использовать следующие элементы:

– микросхема DA1 — любой операционный усилитель, например К140УД6, К140УД7, К544УД2. Последний предпочтительнее, так как он более высокочастотный;

– транзистор VT2 — КТ815В. Г с коэффициентом усиления тока Вст не менее 60;

– транзистор VT3 — КТ814В, Г с

Вст>60;

– транзисторы VT4 и VT5 — соответственно КТ818В, Г и КТ819В, Г с Вст>50.

Транзистор VT1 должен крепиться на радиаторе одного из выходных транзисторов (его можно просто приклеить). Он является регулятором тока покоя оконечного выходного усилителя при изменении температуры выходных транзисторов.

Подбором R7 устанавливают начальный ток усилителя в пределах 20…40 мА. То, что выходные транзисторы будут греться, никто, надеюсь, не сомневается, поэтому рассчитаем тепловую мощность, рассеиваемую на каждом из них. Примем за аксиому тот факт, что вся мощность, потребляемая усилителем, тратится на две “вещи”:

– на нагревание выходных транзисторов (вредная);

– “раскачку” нагрузки (полезная).

Смотрите, что получается: усилитель потребляет 100 Вт. а в нагрузке, согласно нашим измерениям, выделяется 73,8 Вт. Если теперь вспомнить, что ничто просто так ниоткуда не берется и никуда не пропадает (свободная трактовка закона сохранения энергии), то в нашем случае “на транзисторы” остается

Pvt = 100 – 73,8 = 26.2 (Вт)

Но их два, и поэтому каждому “достанется” всего лишь по 13,1 Вт “тепла”. Значит, каждый выходной транзистор должен быть размещен на радиаторе с охлаждающей поверхностью 131 см² (из расчета 10 см² на 1 Вт выделяемой тепловой мощности).

В настоящее время выпускается достаточно большой ассортимент монолитных усилителей низкой частоты. Применять их совсем просто. Однако в их использовании есть два недостатка: во-первых, не все радиолюбители могут их найти и они достаточно дороги, а во-вторых, трудно понять, что и как работает “там внутри”. Нам кажется, что второй недостаток для начинающих более существенен.

Начала статьи: Как собрать усилитель звука

Конец статьи: Как собрать усилитель звука своими руками