В последнее время на улицах появляется все больше “грохочущих” машин. Чтобы внести свою лепту в этот “грохот”, нужно обзавестись усилителями и акустическими системами.
Инвертор для усилителя мощность
К сожалению, стоимость промышленных звукоусилительных устройств очень высока. Но, слегка поднапрягшись, неплохие усилители звука можно изготовить своими руками. Это обойдется гораздо дешевле.
Автомобильный усилитель представляет собой двухканальный усилитель мощности (2 х 60 Вт) с питанием 12 В, принудительным охлаждением (вентилятором) и различной защитой. Схема устройства представлена на рисунок.1. Напряжение с аккумулятора (12 В) поступает на блок питания (преобразователь напряжения на полевых транзисторах), создающий напряжения питания оконечных усилителей (±40 В), и схему защиты, которая питается от ±12 В.
Напряжение -12 В вырабатывает отдельный источник питания. Он нужен по следующим причинам. Во-первых, сразу после включения защита громкоговорителей должна работать, в то время как инвертор постоянного тока (преобразователь напряжения) выходит на рабочий режим только через 1с, 1,5 с, поэтому в течение этого времени мы с него не получим эти -12 В.
Во-вторых, даже в случае возможных сбоев в работе инвертора, защита все равно должна функционировать исправно, поэтому для нее требуется независимый источник питания.
Для мощного (свыше 30 40 Вт) автомобильного усилителя наибольшую сложность представляет получение необходимого напряжения питания усилитель мощности звуковой частоты. Чтобы при сопротивлении нагрузки 2 Ом получить мощность 60 Вт, необходим блок питания с напряжением как минимум 75 В. В данном случае используем 80 В (±40 В).
При наличии только традиционных инверторов 2N3055, можно построить мощный преобразователь постоянного напряжения с полевыми транзисторами в качестве силовых коммутирующих элементов. Для наших целей лучше всего подходят BUZ11 или IRFZ44. Сопротивление открытого BUZ11 составляет 0,04 Ом IRF привлекателен своей большей высокочастотностью.
Рабочую частоту инвертора я выбрал в неслышимой области. На холостом ходу частота преобразования может быть более 30 кГц, при максимальной нагрузке происходит ее снижение до 18-19 кГц. Но и в этом случае при соответствующей механической сборке трансформатора также не создается слышимого звука. Схема инвертора изображение 2. По существу, речь идет о самозапускающемся преобразователе напряжения, который похож на транзисторный мультивибратор.
В отличие от обычных инверторов, здесь необходимая обратная связь осуществляется не катушками, а конденсаторами (С3, С5). Конечно, гораздо легче найти и запаять два конденсатора, нежели изготовить две одинаковые катушки. Для опытного образца устройства использованы конденсаторы с рабочим напряжением 100 В. Стабилитроны D1 и D2 защищают входы полевых транзисторов от перенапряжения.
При включении очень важную роль играет резистор R8. Для запуска генерации необходимо, чтобы в начальный момент С3 или С5 были практически разряжены R8 помогает разряду С5. Для надежного запуска, как показывает опыт, требуется определенная разница между емкостями этих двух конденсаторов, чтобы один из них заряжался быстрее другого. Тем не менее, слишком большая разница емкостей нежелательна, поскольку тогда импульсы преобразователя не будут симметричными, и транзисторы могут нагреваться по-разному.
Несомненно, наиболее критичную часть блока питания составляют элементы L, С2 и Тг. Частота колебаний, по существу, определяется С2 и Тг, поэтому очень важно их правильно подобрать L на высоких частотах отделяет инвертор от аккумулятора, тем самым предотвращая параллельное включение С1 и С2. При изготовлении трансформатора первичным требованием было наличие дешевого и легко собираемого сердечника.
На практике оказалось, что подходит ферритовый сердечник от телевизионного трансформатора, естественно, после некоторой доработки. Для сборки Тг необходим комплект из 4 трансформаторов. Старайтесь приобрести по возможности более новые сердечники, поскольку они намного лучше выдерживают частоту в несколько десятков килогерц 1. Монтажная схема трансформатора показана на рисунке 3. Он состоит из двух частей. Обе части содержат 4 U-образных сердечника, склеенных по два между собой.
Процесс намотки происходит так. На каждый двойной сердечник наматываем катушку вторичной (выходной) обмотки, делая 8 витков на небольшом расстоянии друг от друга (вверху на рис 3). На нижнюю часть сердечника наматываем катушку первичной обмотки (2×2,5 витка). Внимательно следим за точностью намотки и тщательным закреплением витков, поскольку от этого зависит правильная работа блока питания.
При сборке стараемся поместить трансформаторы подальше друг от друга с целью предотвращения их возможного замыкания.
Обмоточным проводом в опытном устройстве служил одинарный сетевой провод с пластиковой изоляцией.
При его применении не нужно возиться с изоляцией, кроме того, он обладает достаточным поперечным сечением. Катушку L наматываем аналогично. На одном U-образном сердечнике наматываем 5 необходимых витков плотно друг к другу, затем закрепляем их.
В качестве С2 нужен конденсатор очень высокого качества (высокостабильный, с малой утечкой, обязательно не электролитический), с рабочим напряжением не меньше 63 В. Традиционные типы не применяем, поскольку вместо выходной мощности из усилителя будет выходить лишь густой дым.
Кто не верит, пусть проверит. Чертеж печатной платы блока питания представлен на рисунке.4, схема расположения деталей — на изображение 5. Транзисторы припаиваем к плате со стороны дорожек, затем прикручиваем их по одному к изолированным радиаторам размерами 50x30x10 мм.
Выпрямительный мост Gr содержит 8 диодов BY550, по 2 шт в параллель в каждом плече. Закончив сборку блока литания и тщательно проверив монтаж, между выводами ±40 В включаем резистор 10 кОм, после чего подаем 12 В. Контролируем выходное напряжение Оно должно составлять ±40 45 В. Для проверки питания под нагрузкой нужен резистор с большой рассеиваемой мощностью сопротивлением 47 Ом. И здесь нам придет на помощь старый телевизор.
В нем можно найти несколько проволочных резисторов сопротивлением 100 Ом. Соединив два из них параллельно и опустив в масло, к моменту тестирования питания получим соответствующий эквивалент нагрузки. Подключаем его между выводами ±40 В. Если напряжение не падает значительно (более 4 В), значит, хорошо поработали. Когда из блока литания не “выжимается” требуемая мощность, заменяем сердечник трансформатора и пробуем по новой.
В результате правильной сборки из источника питания должно “выйти” 150 Вт. Кого не удовлетворит эта выходная мощность, может увеличить ее, включив в каждое плечо инвертора по два полевых транзистора BUZ11 согласно рисунок 6. В таком случае выходную мощность источника можно повысить до 170 180 Вт. К сожалению, при этом провода сильно нагреваются, кроме того, инвертор издает слышимый звук. Таким образом, этот метод умощнения не идеален, но любителям экспериментов его стоит попробовать.
Блок литания защиты громкоговорителей. Необходимые для работы схемы защиты громкоговорителей -12 В формирует интегральная схема серии 555 таймер. Подключение схемы изображено на рисунке 7. Интегральная схема осциллирует с частотой, задаваемой элементами R1, R2 и С5, если это позволяет напряжение на выводе 4. На выход учетверителя напряжения, подключенного к выводу 3 ИМС (на С1), заведена цепочка обратной связи D1-P, стабилизирующая выходное напряжение (-12 В).
Если выходное напряжение станет меньше заданной величины Р (более отрицательным), генерация прекращается, С1 разряжается, напряжение на выходе растет (становится более положительным). Как только оно превысит -12 В, таймер снова запускается, и начинает заряжаться С1 (не забывайте, что здесь речь идет об отрицательном напряжении, поэтому и получается как бы “обратная” терминология).
Печатная плата этого источника показана на рис.8, размещение деталей на ней — на рис.9 Настройка источника при правильной сборке заключается в установке напряжения -12 В потенциометром Р. Усилители мощности низкой частоты (рис.10), в сущности, подключаются стандартным способом. Возможно, они интересны лишь коллекторным выходом оконечных транзисторов, в отличие от стандартного эмиттерного. Не вдаваясь в подробности работы, обращу внимание лишь на некоторые тонкости, связанные с конструкцией.
Тип диодов, обеспечивающих защиту выходных транзисторов (D3…D6) и ток покоя (D1, D2), должен быть 1N4001 (диоды с меньшим номинальным током, например, 1N4148, не подходят, поскольку приводят к помехам при значительной нагрузке). Дифференциальные усилители на входе позволяют просто включить УМЗЧ по мостовой схеме, что является важным требованием для автоусилителя. Вместо Т1 и Т2 можно поставить ВС182В, но лучше ВС107В. Для ТЗ и Т5 подходят ВС303 или BD136, для Т4 — ВС301 или BD135 (особенно рекомендую BD) Т4 и Т5 обязательно нужно охлаждать.
Надеваем на них охлаждающие “звездочки”, либо привинчиваем их к алюминиевым пластинкам толщиной 2 мм размерами 20×30 мм. Выходные транзисторы Т6, Т7 — это комплементарная пара BD BD249C/250C. Они через изолирующие прокладки прикрепляются к радиатору размерами не менее 150x100x20 мм. Электролитические конденсаторы должны иметь рабочее напряжение не менее 25 В. Коллекторные резисторы R12, R13 сопротивлением 0,47 Ом легче всего изготовить из проволоки с большим удельным сопротивлением. Печатная плата усилителя мощности низкой частоты приведена на рис.11, схема размещения деталей на ней — на рис.12.
Продолжение здесь
