Усилвател със собствените си ръце: тръба, транзистори, на микросхеми

54648486

- Съседът е изпарил батерията, за да почука. Направих музика по-силно, за да не го чувам.
(От фолклора на аудиофилите).

Епиграфът е ироничен, но аудиофилът не е непременно "болен в цял ръст" с лицето на Джош Ърнест в брифинг за отношенията с Руската федерация, който се "втурва", защото съседите са "щастливи". Някой иска да слуша сериозна музика у дома, както в залата. Качеството на оборудването за това е необходимо, така че феновете на децибела, като такива, просто не могат да се поберат там, където здравите хора имат ум, но в последното това се дължи на цените на подходящи усилватели (UMZCH, усилвател на аудио честотата). И някой има желание да се присъедини към полезни и вълнуващи области на дейност - техника за възпроизвеждане на звук и електроника като цяло. Което в ерата на цифровите технологии е неразривно свързано и може да се превърне в изключително печеливша и престижна професия. Оптимално във всяко отношение първата стъпка по този въпрос е да се направи усилвател от себе си: това е UMZCH, което позволява, с първоначално обучение на основата на учебната физика на същата маса, да преминава от най-простите конструкции за половин нощ (което въпреки това "пее" добре) Към най-сложните агрегати, чрез които една добра рок група ще играе с удоволствие. Целта на тази публикация е да подчертае първите етапи от този път за начинаещи и може би да информира нещо ново.

UMZCH мощност 350 W

UMZCH мощност 350 W

елементарен

Така че, първо, нека се опитаме да направим звуков усилвател, който просто работи. За да разберете добре звуковия техник, ще трябва да владеете постепенно много теоретичен материал и не забравяйте да обогатите чантата за знания, докато напредвате. Но всяка "интелигентност" е по-лесна за усвояване, когато видите и почувствате как работи "в желязо". В тази статия, освен това, без теория, няма да направите - в това, което първо трябва да знаете и какво може да се обясни без формули и графики. Междувременно, достатъчно е да можеш да спойкаш електрическа спойка и да използваш мултивестер.

Забележка: Ако все още не сте спокоили електрониката, имайте предвид, че нейните компоненти не могат да бъдат прегрявани! Поялно желязо - до 40 W (по-добро от 25 W), максимално допустимото време за запояване без прекъсване е 10 s. Запаленият изход за радиатора се държи 0,5-3 см от мястото на запояване отстрани на тялото на устройството с медицински пинсети. Не могат да се използват киселини и други активни потоци! Поялник - POS-61.

Отляво на фиг. - най-простият UMZCH, "който просто работи". Може да се монтира както на германий, така и на силиконови транзистори.

Най-простите усилватели на звука

Най-простите усилватели на звука

На тази троха е удобно да научите основите на настройването на UMZCH с директни връзки между каскади, даващи най-чистия звук:

  • Преди първото захранване, товарът (високоговорителят) е изключен;
  • Вместо R1 запоява верига с постоянен резистор от 33 kΩ и променлив (потенциометър) 270 kΩ, т.е. Първо прибл. Четири пъти по-малък, а вторият - прибл. Два пъти номиналната стойност спрямо източника съгласно схемата;
  • Ние доставяме захранване и, като въртим двигателя на потенциометъра, в точката, обозначена с кръст, ние настроим посочения ток на колектора VT1;
  • Премахваме властта, изпаряваме резисторите за време и измерваме тяхната обща съпротива;
  • Като R1 поставяме номиналния резистор от стандартната серия, най-близо до измерената;
  • Заменяме R3 с верига с постоянен 470 Ω + потенциометър от 3.3 kΩ;
  • Същото като в пара. 3-5, в т. И задайте напрежение, равно на половината от захранващото напрежение.

Посочете a, откъдето сигналът се премахва в товара, се нарича така. Средната точка на усилвателя. В UMZCH с еднополюсен мощност, половината от неговата стойност е в нея, а в UMZCH в биполярно захранване е нула в сравнение с обикновените проводник. Това се нарича корекция на баланса на усилвателя. При еднополюсния UMZCH с отделяне на капацитивен товар не е необходимо да го изключвате за време за настройка, но е по-добре да свикнете да го правите в рефлекс: небалансиран 2-полярен усилвател с свързано натоварване е способен да изгаря собствените си скъпи изходни транзистори и дори "нов, добър" Скъп мощен високоговорител.

Забележка: Компонентите, които се нуждаят от избор при настройване на устройството в оформлението, са посочени на диаграмите със звездичка (*) или с апостроф (').

В центъра на една и съща фигура. - проста UMZCH на транзистори, които вече развиват мощност до 4-6 W на 4 ома натоварване. Въпреки че работи като предишния, в т.нар. Клас AB1, който не е предназначен за Hi-Fi сканиране, но ако смените чифт от такъв клас усилвател D (вижте по-долу) в евтини китайски компютърни тонколони, звукът им значително се подобрява. Тук научаваме още един трик: мощни транзистори трябва да се поставят на радиатори. Компонентите, които изискват допълнително охлаждане, са очертани с пунктирани линии; Вярно е, не винаги; Понякога - с индикация за необходимата област на разсейване на радиатора. Регулирането на този UMLC се балансира с R2.

Отдясно на фиг. - все още не е чудовище на 350 вата (както беше показано в началото на статията), но вече доста твърд звяр: прост усилвател със 100 W транзистори. Можете да слушате музика чрез него, но не и Hi-Fi, класът на работа е AB2. Въпреки това, за оценяването на място за пикник или за среща на открито, училищна асамблея или малка търговска зала, това е напълно подходящо. Аматьорска рок група, която има такова UMZCH за инструмент, може успешно да изпълни.

В този UMZCH има още два трика: първо, при много мощни усилватели, каскадата на люлеене на мощен изход също трябва да бъде охладена, така че VT3 се поставя на радиатор от 100 kV. Виж За изходните VT4 и VT5 радиатори от 400 кв. М са необходими. Второ, UMZCH с биполярно захранване не са напълно балансирани без натоварване. Този, а след това и другият изходен транзистор отива в прекъсването и се конюгира в насищане. След това, при пълно напрежение, текущите вълни по време на балансиране могат да забранят изходните транзистори. Ето защо, за балансиране (R6, предполагам?), Усилвател се захранва от +/- 24 V, а вместо товар, 100-200 Ohm проводник резистор е включен. Между другото, драсканите в някои резистори на диаграмата са римски цифри, които обозначават необходимата им сила за разсейване на топлината.

Забележка: захранването за този UMZCH се нуждае от мощност от 600 W. Изглаждащи филтърни кондензатори - от 6800 mkF до 160 V. Успоредно с електролитните кондензатори на PI се включва керамика 0,01 μF, за да се предотврати самовъзбуждане при ултразвукови честоти, които могат незабавно да изгорят изходните транзистори.

На полето

На пътеката. Фиг. - друга версия на достатъчно мощен UMZCH (30 W и с напрежение 35 V - 60 W) при високоенергийни транзистори с полеви ефекти:

UFGH на транзистори с висока мощност на полеви ефекти

UFGH на транзистори с висока мощност на полеви ефекти

Звукът от него вече се основава на изискванията за ниво на влизане на Hi-Fi (ако, разбира се, UMZCH работи върху съответните акустични системи, AU). Мощните fieldmen не изискват много мощност за управление, така че няма мощност каскада. Дори мощните транзистори с полеви ефекти не изгарят динамиката за нищо - те се изгарят по-бързо. Твърде неприятно, но все пак по-евтино, отколкото да смените скъпата басова глава на високоговорителя (GG). Не се изисква балансиране и като цяло адаптирането на този UMZCH. Недостатъкът му, подобно на дизайна за начинаещи, е само един: мощните транзистори с полеви ефекти са много по-скъпи от биполярни за усилвател със същите параметри. Изисквания за IP - подобно на предишното. Случай, но се нуждае от мощност от 450 вата. Радиатори - от 200 квадратни метра. см.

Забележка: Не е необходимо да се изгражда мощен UMZCH на транзистори с полеви ефекти за превключване на захранващи устройства, например. компютър. Когато се опитвате да ги "шофирате" в активен режим, който е необходим за UMZH, те или просто изгарят, или звукът дава слаб, а за качество "не". Същото важи и за биполярните транзистори с високо напрежение, например. От хоризонтално сканиране на стари телевизори.

Отиди горе

Ако вече сте направили първите стъпки, е съвсем естествено да искате да изградите Hi-Fi клас UMZHC, без да сте прекалено дълбоко в теоретичната джунгла. За да направите това, трябва да разширите инструменталния парк - имате нужда от осцилоскоп, генератор на аудио честота (GZCH) и AC миливолтметър с възможност за измерване на постоянен компонент. Прототипът за повторението е по-добре взет от UMZCH E. Gumeli, подробно описан в радио № 1 за 1989 г. Това ще изисква няколко евтини компонента да бъдат изградени, но качеството отговаря на много високи изисквания: мощност до 60 W, лента 20-20 000 Hz, Неравномерен отговор, 2 dB, нелинеен фактор на изкривяване (SOI) от 0,01%, ниво на шума от -86 dB. Въпреки това е доста трудно да се установи усилвателя на Gumeli; Ако се справите с него, можете да поемете някоя друга. Въпреки това, някои от обстоятелствата, които са известни сега, улесняват установяването на този UMZR, виж по-долу. Имайки предвид това и факта, че не е възможно да стигнете до архивите на "Радио", ще бъде уместно да повторите основните моменти.

Схеми на прост висококачествен UMZCH.

Схеми на прост висококачествен ULCD

Схеми UMZH Gumeli и спецификациите за тях са дадени на илюстрацията. Радиаторите извеждат транзистори - от 250 квадратни метра. Вижте за UMZCH на фиг. 1 и от 150 квадратни метра. Вижте варианта на фиг. 3 (номерирането е оригинално). Транзисторите на каскадата преди изхода (KT814 / KT815) се монтират на радиатори, извити от алуминиеви плочи 75x35 мм с дебелина 3 мм. Не е необходимо да замествате KT814 / KT815 с KT626 / KT961, звукът не се подобрява забележимо, но настройката е сериозно затруднена.

Чертежи на печатни платки и инструкции за създаване на прост висококачествен ULCD

Чертежи на печатни платки и инструкции за създаване на прост висококачествен ULCD

Този UMZCH е много важен за захранването, топологията на инсталацията и цялостното, така че трябва да бъде конфигуриран в структурно цялостна форма и само със стандартно захранване. При опит за захранване на стабилизирания IP, изходните транзистори се изгарят незабавно. Следователно, на фиг. Представени са чертежи на оригинални печатни платки и указания за настройка. Те могат да бъдат добавени към това, първо, ако "възбуждането" се забелязва на първия превключвател, те се борят с него, като променят индуктивността L1. На второ място, заключенията на инсталираните на борда части не трябва да са по-дълги от 10 мм. Трето, е изключително нежелателно да се промени топологията на монтиране, но ако е необходимо, отстрани на проводниците трябва да има рамков екран (земен цикъл, подчертан на цвят на фиг.). И енергийните пътеки трябва да преминат извън него.

Забележка: Пропуските в пистите, към които са свързани основите на мощни транзистори - технологични, за настройка, след което са запечатани с капчици за спояване.

Установяването на тази УМБР е много опростено и рискът от възникване на "възбуда" по време на употреба се намалява до нула, ако:

  • Минимизирайте монтажа, като поставите дъските върху радиаторите на мощни транзистори.
  • Напълно изоставяйте съединителите отвътре, като правите цялата инсталация само с запояване. Тогава R12, R13 в мощната версия или R10 R11 в по-малко мощен няма да са необходими (на схемите те са пунктирани).
  • Използвайте за вътрешен монтаж аудио кабел, изработен от безкислородна мед с минимална дължина.

Когато тези условия са изпълнени, проблемите не възникват с възбуждане и установяването на UMRS се свежда до рутинната процедура, описана на Фиг.

Проводници за звук

Аудио кабелите не са празни приказки. Необходимостта от тяхното прилагане сега е несъмнено. В медта с добавка на кислород се образува много тънък оксиден филм върху лицата на кристалите на метала. Металните оксиди са полупроводници и ако токът в проводника е слаб без постоянен компонент, неговата форма е изкривена. На теория нарушенията на безброй кристалити трябва да се компенсират, но най-малката (изглежда, поради квантовата несигурност) остава. Достатъчно, за да бъдат видени от разумни слушатели на фона на най-чистия звук на модерния UMZCH.

Производителите и търговците безсрамно заменят безкислородната конвенционална електротехническа мед - невъзможно е да се разграничат един от друг по окото. Съществува обаче обхват, в който фалшивият текст не върви недвусмислено: кабел с усукана двойка за компютърни мрежи. Поставете решетка с дълги сегменти от "левар", или тя изобщо не започва, или ще бъде непрекъснато бъги. Разсейване на импулси, нали знаеш.

Авторът, когато все още се случваха разговори за аудио кабели, осъзна, че по принцип не става дума за празни разговори, особено след като проводниците без кислород вече са били използвани дълго време в оборудване със специално предназначение, което е познато по природа. После я взех и замени стандартния кабел на моите слушалки TDS-7 със самостоятелно изработени от "vituha" с гъвкави усукани жици. Звукът, по ухо, постоянно се подобрява за аналоговите тракове от край до край, т.е. По пътя от студиен микрофон към диск, който никога не е бил цифровизиран. Записите на винил, направени на технологията DMM (Direct Meta lMastering, директен чертеж на метал) са особено ярки. След това редактирането на всички домашни аудио файлове бе преобразувано в "белезникаво". После подобрението на звука започна да се забелязва от абсолютно случайни хора, от музика, безразлична и без предизвестие.

Как да направите между-блокови жици от усукана двойка, вижте следващата. видео.

Видео: усукана двойка връзки

За съжаление гъвкавата "vituha" скоро изчезна от продажбата - не се придържаше добре в кримпфайловете. Въпреки това, за вниманието на читателите, само мед без кислород се прави от гъвкавия "военен" проводник на MGTF и MGTFE (скрининг). Фалшифицирането е невъзможно, защото При обикновената мед, пластичната флуоропластична изолация се разсейва сравнително бързо. MGTF вече се продава широко и е много по-евтино от марката, с гаранция, аудио кабели. Той има един недостатък: той не може да бъде боядисан, но може да бъде коригиран с етикети. Също така има безжични линии за намотаване, вижте по-долу.

Теоретична Интерлуд

Както можем да видим, още в първите етапи на разработката на звукотехническия инженеринг се наложи да се изправим пред концепцията за Hi-Fi (High Fidelity), висока точност на възпроизвеждането на звука. Hi-Fi има различни нива, които се класират на следващата. Основни параметри:

  1. Група от възпроизводими честоти.
  2. Динамичен обхват - съотношението в децибели (dB) на максималната (пикова) изходна мощност до нивото на присъщия шум.
  3. Нивото на шума в dB.
  4. Коефициентът на нелинейно изкривяване (SOI) при номиналната (дългосрочна) изходна мощност. SOI при максимална мощност се приема, че е 1% или 2%, в зависимост от техниката на измерване.
  5. Неравномерност на характеристиката амплитуда-честота (AFC) в честотната лента на възпроизводимите честоти. За AC - отделно при ниски (LF, 20-300 Hz), средни (MF, 300-5000 Hz) и високи (HF, 5000-20,000 Hz) аудио честоти.

Забележка: Съотношението на абсолютните нива на всички стойности на I в (dB) се дефинира като P (dB) = 20 lg (I1 / I2). Ако I1 <I2, P е отрицателен. Полезно е да запомните - P = 3dB acc. Численото съотношение е 1,41 пъти, P = 6dB - 2 пъти, P = 12dB - 4 пъти, P = 20dB 10 пъти, P = 40dB 100 пъти и P = 60dB 1000 пъти.

Всички тънкости и нюанси на Hi-Fi трябва да са известни при проектирането и изграждането на AU, а за домашно Hi-Fi UMZH за дома, тогава преди да се стигне до такива, трябва ясно да разберете изискванията към капацитета им, необходими за оценяване на тази стая, Динамичен обхват (динамика), ниво на собствения си шум и SOI. Постигането от честотната лента на UMZCH 20-20 000 Hz с блокиране на ръбовете от 3 dB и неравностите на честотната характеристика на средната честота в 2 dB на модерна база не е трудно.

обем

Силата на UMZCH не е самоцел, тя трябва да осигурява оптимална сила на възпроизвеждане на звука в дадена стая. Тя може да се определи от криви с еднаква сила, виж Фиг. Естественият шум в жилищните райони е по-тих от 20 dB; 20 dB е горски пустиня в пълно спокойствие. Нивото на звука от 20 dB спрямо прага на чуваемост е прагът на разбираемост - все още можете да направите шепот, но музиката се възприема само като факт за наличието му. Опитен музикант може да определи кой инструмент играе, но какво точно не е.

Равни криви на силата на звука

Равни криви на силата на звука

40 dB - нормалният шум на добре изолиран градски апартамент в тих район или селска къща - представлява праг на разбираемост. Музиката от прага на разбираемост до прага на разбираемост може да бъде чута в присъствието на дълбока корекция на честотната характеристика, предимно на бас. За тази цел модерният UMZCH въвежда функцията MUTE (мълчание, мутация, а не мутация!), Включително и съответната. Коригиращи схеми в UMZCH.

90 dB - обемът на симфоничния оркестър в много добра концертна зала. 110 dB може да издаде разширен оркестър в зала с уникална акустика, която в света не е повече от 10, това е прагът на възприятието: звуците се възприемат все по-силно, като се различават по смисъла на волята, но вече са досадни шумове. Обемът в жилищните помещения от 20-110 dB е зона на пълна аудитория, а 40-90 dB е зоната с най-добра чута, в която необучени и несправедливи слушатели напълно възприемат смисъла на звука. Ако, разбира се, той е в него.

Консумирана мощност

Изчисляването на мощността на оборудването при даден обем в района на слушане е почти основната и най-трудна задача на електроакустиката. Для себя в условиях лучше идти от акустических систем (АС): рассчитать их мощность по упрощенной методике, и принять номинальную (долговременную) мощность УМЗЧ равной пиковой (музыкальной) АС. В таком случае УМЗЧ не добавит заметно своих искажений к таковым АС, они и так основной источник нелинейности в звуковом тракте. Но и делать УМЗЧ слишком мощным не следует: в таком случае уровень его собственных шумов может оказаться выше порога слышимости, т.к. считается он от уровня напряжения выходного сигнала на максимальной мощности. Если считать совсем уж просто, то для комнаты обычной квартиры или дома и АС с нормальной характеристической чувствительностью (звуковой отдачей) можно принять след. значения оптимальной мощности УМЗЧ:

  • До 8 кв. м – 15-20 Вт.
  • 8-12 кв. м – 20-30 Вт.
  • 12-26 кв. м – 30-50 Вт.
  • 26-50 кв. м – 50-60 Вт.
  • 50-70 кв. м – 60-100 Вт.
  • 70-100 кв. м – 100-150 Вт.
  • 100-120 кв. м – 150-200 Вт.
  • Более 120 кв. м – определяется расчетом по данным акустических измерений на месте.

динамика

Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:

  1. Симфоническая музыка и джаз с симфоническим сопровождением – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) идеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) приемлемо. Звук с динамикой 80-85 дБ в городской квартире не отличит от идеального никакой эксперт.
  2. Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
  3. Попса любого рода и саундтреки к фильмам – 66 дБ за глаза хватит, т.к. данные опусы уже при записи сжимаются по уровням до 66 дБ и даже до 40 дБ, чтобы можно было слушать на чем угодно.

Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.

КНИ

Нелинейные искажения (НИ) УМЗЧ это составляющие спектра выходного сигнала, которых не было во входном. Теоретически НИ лучше всего «затолкать» под уровень собственных шумов, но технически это очень трудно реализуемо. На практике берут в расчет т. наз. эффект маскировки: на уровнях громкости ниже прим. 30 дБ диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот сужается, как и способность различать звуки по частоте. Музыканты слышат ноты, но оценить тембр звука затрудняются. У людей без музыкального слуха эффект маскировки наблюдается уже на 45-40 дБ громкости. Поэтому УМЗЧ с КНИ 0,1% (–60 дБ от уровня громкости в 110 дБ) оценит как Hi-Fi рядовой слушатель, а с КНИ 0,01% (–80 дБ) можно считать не искажающим звук.

лампи

Последнее утверждение, возможно, вызовет неприятие, вплоть до яростного, у адептов ламповой схемотехники: мол, настоящий звук дают только лампы, причем не просто какие-то, а отдельные типы октальных. Успокойтесь, господа – особенный ламповый звук не фикция. Причина – принципиально различные спектры искажений у электронных ламп и транзисторов. Которые, в свою очередь, обусловлены тем, что в лампе поток электронов движется в вакууме и квантовые эффекты в ней не проявляются. Транзистор же прибор квантовый, там неосновные носители заряда (электроны и дырки) движутся в кристалле, что без квантовых эффектов вообще невозможно. Поэтому спектр ламповых искажений короткий и чистый: в нем четко прослеживаются только гармоники до 3-й – 4-й, а комбинационных составляющих (сумм и разностей частот входного сигнала и их гармоник) очень мало. Поэтому во времена вакуумной схемотехники КНИ называли коэффициентом гармоник (КГ). У транзисторов же спектр искажений (если они измеримы, оговорка случайная, см. ниже) прослеживается вплоть до 15-й и более высоких компонент, и комбинационных частот в нем хоть отбавляй.

На первых порах твердотельной электроники конструкторы транзисторных УМЗЧ брали для них привычный «ламповый» КНИ в 1-2%; звук с ламповым спектром искажений такой величины рядовыми слушателями воспринимается как чистый. Между прочим, и самого понятия Hi-Fiтогда еще не было. Оказалось – звучат тускло и глухо. В процессе развития транзисторной техники и выработалось понимание, что такое Hi-Fi и что для него нужно.

В настоящее время болезни роста транзисторной техники успешно преодолены и побочные частоты на выходе хорошего УМЗЧ с трудом улавливаются специальными методами измерений. А ламповую схемотехнику можно считать перешедшей в разряд искусства. Его основа может быть любой, почему же электронике туда нельзя? Тут уместна будет аналогия с фотографией. Никто не сможет отрицать, что современная цифрозеркалка дает картинку неизмеримо более четкую, подробную, глубокую по диапазону яркостей и цвета, чем фанерный ящичек с гармошкой. Но кто-то крутейшим Никоном «клацает фотки» типа «это мой жирный кошак нажрался как гад и дрыхнет раскинув лапы», а кто-то Сменой-8М на свемовскую ч/б пленку делает снимок, перед которым на престижной выставке толпится народ.

Примечание: и еще раз успокойтесь – не все так плохо. На сегодня у ламповых УМЗЧ малой мощности осталось по крайней мере одно применение, и не последней важности, для которого они технически необходимы.

Опытный стенд

Многие любители аудио, едва научившись паять, тут же «уходят в лампы». Это ни в коем случае не заслуживает порицания, наоборот. Интерес к истокам всегда оправдан и полезен, а электроника стала таковой на лампах. Первые ЭВМ были ламповыми, и бортовая электронная аппаратура первых космических аппаратов была тоже ламповой: транзисторы тогда уже были, но не выдерживали внеземной радиации. Между прочим, тогда под строжайшим секретом создавались и ламповые… микросхемы! На микролампах с холодным катодом. Единственное известное упоминание о них в открытых источниках есть в редкой книге Митрофанова и Пикерсгиля «Современные приемно-усилительные лампы».

Ламповый УМЗЧ с возможностью переключения режимов выходного каскада

Ламповый УМЗЧ с возможностью переключения режимов выходного каскада

Но хватит лирики, к делу. Для любителей повозиться с лампами на рис. – схема стендового лампового УМЗЧ, предназначенного именно для экспериментов: SA1 переключается режим работы выходной лампы, а SA2 – напряжение питания. Схема хорошо известна в РФ, небольшая доработка коснулась только выходного трансформатора: теперь можно не только «гонять» в разных режимах родную 6П7С, но и подбирать для других ламп коэффициент включения экранной сетки в ульралинейном режиме; для подавляющего большинства выходных пентодов и лучевых тетродов он или 0,22-0,25, или 0,42-0,45. Об изготовлении выходного трансформатора см. ниже.

Гитаристам и рокерам

Это тот самый случай, когда без ламп не обойтись. Как известно, электрогитара стала полноценным солирующим инструментом после того, как предварительно усиленный сигнал со звукоснимателя стали пропускать через специальную приставку – фьюзер – преднамеренно искажающую его спектр. Без этого звук струны был слишком резким и коротким, т.к. электромагнитный звукосниматель реагирует только на моды ее механических колебаний в плоскости деки инструмента.

Вскоре выявилось неприятное обстоятельство: звучание электрогитары с фьюзером обретает полную силу и яркость только на больших громкостях. Особенно это проявляется для гитар со звукоснимателем типа хамбакер, дающим самый «злой» звук. А как быть начинающему, вынужденному репетировать дома? Не идти же в зал выступать, не зная точно, как там зазвучит инструмент. И просто любителям рока хочется слушать любимые вещи в полном соку, а рокеры народ в общем-то приличный и неконфликтный. По крайней мере те, кого интересует именно рок-музыка, а не антураж с эпатажем.

Так вот, оказалось, что роковый звук появляется на уровнях громкости, приемлемых для жилых помещений, если УМЗЧ ламповый. Причина – специфическое взаимодействие спектра сигнала с фьюзера с чистым и коротким спектром ламповых гармоник. Тут снова уместна аналогия: ч/б фото может быть намного выразительнее цветного, т.к. оставляет для просмотра только контур и свет.

Тем, кому ламповый усилитель нужен не для экспериментов, а в силу технической необходимости, долго осваивать тонкости ламповой электроники недосуг, они другим увлечены. УМЗЧ в таком случае лучше делать бестрансформаторный. Точнее – с однотактным согласующим выходным трансформатором, работающим без постоянного подмагничивания. Такой подход намного упрощает и ускоряет изготовление самого сложного и ответственного узла лампового УМЗЧ.

"Бестрансформаторный" ламповый выходной каскад УМЗЧ и предварительные усилители к нему

«Бестрансформаторный» ламповый выходной каскад УМЗЧ и предварительные усилители к нему

Справа на рис. дана схема бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ, а слева – варианты предварительного усилителя для него. Вверху – с регулятором тембра по классической схеме Баксандала, обеспечивающей достаточно глубокую регулировку, но вносящей небольшие фазовые искажения в сигнал, что может быть существенно при работе УМЗЧ на 2-полосную АС. Внизу – предусилитель с регулировкой тембра попроще, не искажающей сигнал.

Но вернемся к «оконечнику». В ряде зарубежных источников данная схема считается откровением, однако идентичная ей, за исключением емкости электролитических конденсаторов, обнаруживается в советском «Справочнике радиолюбителя» 1966 г. Толстенная книжища на 1060 страниц. Не было тогда интернета и баз данных на дисках.

Описание бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ

Описание бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ

Усовершенствованный бестрансформаторный выходной каскад лампового УМЗЧ

Усовершенствованный бестрансформаторный выходной каскад лампового УМЗЧ

Там же, справа на рис., коротко, но ясно описаны недостатки этой схемы. Усовершенствованная, из того же источника, дана на след. Фиг. Вдясно. В ней экранная сетка Л2 запитана от средней точки анодного выпрямителя (анодная обмотка силового трансформатора симметричная), а экранная сетка Л1 через нагрузку. Если вместо высокоомных динамиков включить согласующий трансформатор с обычным динамиков, как в пред. схеме, выходная мощность составить ок. 12 Вт, т.к. активное сопротивление первичной обмотки трансформатора много меньше 800 Ом. КНИ этого оконечного каскада с трансформаторным выходом – прим. 0.5%

Как сделать трансформатор?

Главные враги качества мощного сигнального НЧ (звукового) трансформатора – магнитное поле рассеяния, силовые линии которого замыкаются, обходя магнитопровод (сердечник), вихревые токи в магнитопроводе (токи Фуко) и, в меньшей степени – магнитострикция в сердечнике. Из-за этого явления небрежно собранный трансформатор «поет», гудит или пищит. С токами Фуко борются, уменьшая толщину пластин магнитопровода и дополнительно изолируя их лаком при сборке. Для выходных трансформаторов оптимальная толщина пластин – 0,15 мм, максимально допустимая – 0,25 мм. Брать для выходного трансформатора пластины тоньше не следует: коэффициент заполнения керна (центрального стержня магнитопровода) сталью упадет, сечение магнитопровода для получения заданной мощности придется увеличить, отчего искажения и потери в нем только возрастут.

В сердечнике звукового трансформатора, работающего с постоянным подмагничиванием (напр., анодным током однотактного выходного каскада) должен быть небольшой (определяется расчетом) немагнитный зазор. Наличие немагнитного зазора, с одной стороны, уменьшает искажения сигнала от постоянного подмагничивания; с другой – в магнитопроводе обычного типа увеличивает поле рассеяния и требует сердечника большего сечения. Поэтому немагнитный зазор нужно рассчитывать на оптимум и выполнять как можно точнее.

Выходные трансформаторы двухтактных оконечных каскадов наматываются по специальным схемам, чтобы уменьшить паразитную (через поле рассеяния, не через сердечник) магнитную связь между секциями анодной обмотки. Связь через поле рассеяния – специфический для «двухтактников» и весьма сильный фактор, ухудшающий звук. Схемы намотки выходных трансформаторов ультралинейных 2-тактных выходных каскадов весьма сложны.

Для трансформаторов, работающих с подмагничиванием, оптимальный тип сердечника – из пластин Шп (просеченных), поз. 1 на рис. В них немагнитный зазор образуется при просечке керна и потому стабилен; его величина указывается в паспорте на пластины или замеряется набором щупов. Поле рассеяния минимально, т.к. боковые ветви, через которые замыкается магнитный поток, цельные. Из пластин Шп часто собирают и сердечники трансформаторов без подмагничивания, т.к. пластины Шп делают из высококачественной трансформаторной стали. В таком случае сердечник собирают вперекрышку (пластины кладут просечкой то в одну, то в другую сторону), а его сечение увеличивают на 10% против расчетного.

Магнитопроводы и каркас обмоток звуковых трансформаторов

Магнитопроводы и каркас обмоток звуковых трансформаторов

Трансформаторы без подмагничивания лучше мотать на сердечниках УШ (уменьшенной высоты с уширенными окнами), поз. 2. В них уменьшение поля рассеяния достигается за счет уменьшения длины магнитного пути. Поскольку пластины УШ доступнее Шп, из них часто набирают и сердечники трансформаторов с подмагничиванием. Тогда сборку сердечника ведут внакрой: собирают пакет из Ш-пластин, кладут полоску непроводящего немагнитного материала толщиной в величину немагнитного зазора, накрывают ярмом из пакета перемычек и стягивают все вместе обоймой.

Примечание: «звуковые» сигнальные магнитопроводы типа ШЛМ для выходных трансформаторов высококачественных ламповых усилителей мало пригодны, у них большое поле рассеяния.

Към поз. 3 дана схема размеров сердечника для расчета трансформатора, на поз. 4 конструкция каркаса обмоток, а на поз. 5 – выкройки его деталей. Что до трансформатора для «бестрансформаторного» выходного каскада, то его лучше делать на ШЛМме вперекрышку, т.к. подмагничивание ничтожно мало (ток подмагничивания равен току экранной сетки). Главная задача тут – сделать обмотки как можно компактнее с целью уменьшения поля рассеяния; их активное сопротивление все равно получится много меньше 800 Ом. Чем больше свободного места останется в окнах, тем лучше получился трансформатор. Поэтому обмотки мотают виток к витку (если нет намоточного станка, это маета ужасная) из как можно более тонкого провода, коэффициент укладки анодной обмотки для механического расчета трансформатора берут 0,6. Обмоточный провод – марок ПЭТВ или ПЭММ, у них жила бескислородная. ПЭТВ-2 или ПЭММ-2 брать не надо, у них от двойной лакировки увеличенный наружный диаметр и поле рассеяния будет больше. Первичную обмотку мотают первой, т.к. именно ее поле рассеяния больше всего влияет на звук.

Самодельный выходной трансформатор звуковой частоты

Самодельный выходной трансформатор звуковой частоты

Железо для этого трансформатора нужно искать с отверстиями в углах пластин и стяжными скобами (см. рис. справа), т.к. «для полного счастья» сборка магнитопровода производится в след. порядке (разумеется, обмотки с выводами и наружной изоляцией должны быть уже на каркасе):

  1. Готовят разбавленный вдвое акриловый лак или, по старинке, шеллак;
  2. Пластины с перемычками быстро покрывают лаком с одной стороны и как можно быстрее, не придавливая сильно, вкладывают в каркас. Первую пластину кладут лакированной стороной внутрь, следующую – нелакированной стороной к лакированной первой и т.д;
  3. Когда окно каркаса заполнится, накладывают скобы и туго стягивают болтами;
  4. Через 1-3 мин, когда выдавливание лака из зазоров видимо прекратится, добавляют пластин снова до заполнения окна;
  5. Повторяют пп. 2-4, пока окно не будет туго набито сталью;
  6. Снова туго стягивают сердечник и сушат на батарее и т.п. 3-5 суток.

Собранный по такой технологии сердечник имеет очень хорошие изоляцию пластин и заполнение сталью. Потерь на магнитострикцию вообще не обнаруживается. Но учтите – для сердечников их пермаллоя данная методика неприменима, т.к. от сильных механических воздействий магнитные свойства пермаллоя необратимо ухудшаются!

На микросхемах

УМЗЧ на интегральных микросхемах (ИМС) делают чаще всего те, кого устраивает качество звука до среднего Hi-Fi, но более привлекает дешевизна, быстрота, простота сборки и полное отсутствие каких-либо наладочных процедур, требующих специальных знаний. Попросту, усилитель на микросхемах – оптимальный вариант для «чайников». Классика жанра здесь – УМЗЧ на ИМС TDA2004, стоящей на серии, дай бог памяти, уже лет 20, слева на рис. Мощность – до 12 Вт на канал, напряжение питания – 3-18 В однополярное. Площадь радиатора – от 200 кв. см. для максимальной мощности. Достоинство – способность работать на очень низкоомную, до 1,6 Ом, нагрузку, что позволяет снимать полную мощность при питании от бортовой сети 12 В, а 7-8 Вт – при 6-вольтовом питании, напр., на мотоцикле. Однако выход TDA2004 в классе В некомплементарный (на транзисторах одинаковой проводимости), поэтому звучок точно не Hi-Fi: КНИ 1%, динамика 45 дБ.

Звуковые усилители на микросхемах TDA

Звуковые усилители на микросхемах TDA

Более современная TDA7261 звук дает не лучше, но мощнее, до 25 Вт, т.к. верхний предел напряжения питания увеличен до 25 В. Нижний, 4,5 В, все еще позволяет запитываться от 6 В бортсети, т.е. TDA7261 можно запускать практически от всех бортсетей, кроме самолетной 27 В. С помощью навесных компонент (обвязки, справа на рис.) TDA7261 может работать в режи ме мутирования и с функцией St-By (Stand By, ждать), переводящей УМЗЧ в режим минимального энергопотребления при отсутствии входного сигнала в течение определенного времени. Удобства стоят денег, поэтому для стерео нужна будет пара TDA7261 с радиаторами от 250 кв. см. для каждой.

Примечание: если вас чем-то привлекают усилители с функцией St-By, учтите – ждать от них динамики шире 66 дБ не стоит.

«Сверхэкономична» по питанию TDA7482, слева на рис., работающая в т. наз. классе D. Такие УМЗЧ иногда называют цифровыми усилителями, что неверно. Для настоящей оцифровки с аналогового сигнала снимают отсчеты уровня с частотой квантования, не мене чем вдвое большей наивысшей из воспроизводимых частот, величина каждого отсчета записывается помехоустойчивым кодом и сохраняется для дальнейшего использования. УМЗЧ класса D – импульсные. В них аналог непосредственно преобразуется в последовательность широтно-модулированных импульсов (ШИМ) высокой частоты, которая и подается на динамик через фильтр низких частот (ФНЧ).

Импульсные звуковые усилители класса D на микросхемах

Импульсные звуковые усилители класса D на микросхемах

Звук класса D с Hi-Fi не имеет ничего общего: КНИ в 2% и динамика в 55 дБ для УМЗЧ класса D считаются очень хорошими показателями. И TDA7482 здесь, надо сказать, выбор не оптимальный: другие фирмы, специализирующиеся на классе D, выпускают ИМС УМЗЧ дешевле и требующие меньшей обвязки, напр., D-УМЗЧ серии Paxx, справа на рис.

Из TDAшек следует отметить 4-канальную TDA7385, см. рис., на которой можно собрать хороший усилитель для колонок до среднего Hi-Fi включительно, с разделением частот на 2 полосы или для системы с сабвуфером. Расфильтровка НЧ и СЧ-ВЧ в том и другом случае делается по входу на слабом сигнале, что упрощает конструкцию фильтров и позволяет глубже разделить полосы. А если акустика сабвуферная, то 2 канала TDA7385 можно выделить под суб-УНЧ мостовой схемы (см. ниже), а остальные 2 задействовать для СЧ-ВЧ.

4-канальный УМЗЧ на микросхеме

4-канальный УМЗЧ на микросхеме

УМЗЧ для сабвуфера

Сабвуфер, что можно перевести как «подбасовик» или, дословно, «подгавкиватель» воспроизводит частоты до 150-200 Гц, в этом диапазоне человеческие уши практически не способны определить направление на источник звука. В АС с сабвуфером «подбасовый» динамик ставят в отельное акустическое оформление, это и есть сабвуфер как таковой. Сабвуфер размещают, в принципе, как удобнее, а стереоэффект обеспечивается отдельными СЧ-ВЧ каналами со своими малогабаритными АС, к акустическому оформлению которых особо серьезных требований не предъявляется. Знатоки сходятся на том, что стерео лучше все же слушать с полным разделением каналов, но сабвуферные системы существенно экономят средства или труд на басовый тракт и облегчают размещение акустики в малогабаритных помещениях, почему и пользуются популярностью у потребителей с обычным слухом и не особо взыскательных.

«Просачивание» СЧ-ВЧ в сабвуфер, а из него в воздух, сильно портит стерео, но, если резко «обрубить» подбасы, что, кстати, очень сложно и дорого, то возникнет очень неприятный на слух эффект перескока звука. Поэтому расфильтровка каналов в сабвуферных системах производится дважды. На входе электрическими фильтрами выделяются СЧ-ВЧ с басовыми «хвостиками», не перегружающими СЧ-ВЧ тракт, но обеспечивающими плавный переход на подбас. Басы с СЧ «хвостиками» объединяются и подаются на отдельный УМЗЧ для сабвуфера. Дофильтровываются СЧ, чтобы не портилось стерео, в сабвуфере уже акустически: подбасовый динамик, ставят, напр., в перегородку между резонаторными камерами сабвуфера, не выпускающими СЧ наружу, см. справа на рис.

Усилитель и акустика для сабвуфера

Усилитель и акустика для сабвуфера

К УМЗЧ для сабвуфера предъявляется ряд специфических требований, из которых «чайники» главным считают возможно большую мощность. Это совершенно неправильно, если, скажем, расчет акустики под комнату дал для одной колонки пиковую мощность W, то мощность сабвуфера нужна 0,8(2W) или 1,6W. Напр., если для комнаты подходят АС S-30, то сабвуфер нужен 1,6х30=48 Вт.

Гораздо важнее обеспечить отсутствие фазовых и переходных искажений: пойдут они – перескок звука обязательно будет. Что касается КНИ, то он допустим до 1% Собственные искажения басов такого уровня не слышны (см. кривые равной громкости), а «хвосты» их спектра в лучше всего слышимой СЧ области не выберутся из сабвуфера наружу.

Во избежание фазовых и переходных искажений усилитель для сабвуфера строят по т. наз. мостовой схеме: выходы 2-х идентичных УМЗЧ включают встречно через динамик; сигналы на входы подаются в противофазе. Отсутствие фазовых и переходных искажений в мостовой схеме обусловлено полной электрической симметрией путей выходного сигнала. Идентичность усилителей, образующих плечи моста, обеспечивается применением спаренных УМЗЧ на ИМС, выполненных на одном кристалле; это, пожалуй, единственный случай, когда усилитель на микросхемах лучше дискретного.

Примечание: мощность мостового УМЗЧ не удваивается, как думают некоторые, она определяется напряжением питания.

Пример схемы мостового УМЗЧ для сабвуфера в комнату до 20 кв. м (без входных фильтров) на ИМС TDA2030 дан на рис. слева. Дополнительная отфильтровка СЧ осуществляется цепями R5C3 и R'5C'3. Площадь радиатора TDA2030 – от 400 кв. см. У мостовых УМЗЧ с открытым выходом есть неприятная особенность: при разбалансе моста в токе нагрузки появляется постоянная составляющая, способная вывести из строя динамик, а схемы защиты на подбасах часто глючат, отключая динамик, когда не надо. Поэтому лучше защитить дорогую НЧ головку «дубово», неполярными батареями электролитических конденсаторов (выделено цветом, а схема одной батареи дана на врезке.

Немного об акустике

Акустическое оформление сабвуфера – особая тема, но раз уж здесь дан чертеж, то нужны и пояснения. Материал корпуса – МДФ 24 мм. Трубы резонаторов – из достаточно прочного не звенящего пластика, напр., полиэтилена. Внутренний диаметр труб – 60 мм, выступы внутрь 113 мм в большой камере и 61 в малой. Под конкретную головку громкоговорителя сабвуфер придется перенастроить по наилучшему басу и, одновременно, по наименьшему влиянию на стереоэффект. Для настройки трубы берут заведомо большей длины и, задвигая-выдвигая, добиваются требуемого звучания. Выступы труб наружу на звук не влияют, их потом отрезают. Настройка труб взаимозависима, так что повозиться придется.

Усилитель для наушников

Усилитель для наушников делают своими руками чаще всего по 2-м причинам. Первая – для слушания «на ходу», т.е. вне дома, когда мощности аудиовыхода плеера или смартфона не хватает для раскачки «пуговок» или «лопухов». Вторая – для высококлассных домашних наушников. Hi-Fi УМЗЧ для обычной жилой комнаты нужен с динамикой до 70-75 дБ, но динамический диапазон лучших современных стереонаушников превышает 100 дБ. Усилитель с такой динамикой стоит дороже некоторых автомобилей, а его мощность будет от 200 Вт в канале, что для обычной квартиры слишком много: прослушивание на сильно заниженной против номинальной мощности портит звук, см. выше. Поэтому имеет смысл сделать маломощный, но с хорошей динамикой отдельный усилитель именно для наушников: цены на бытовые УМЗЧ с таким довеском завышены явно несуразно.

Усилители для наушников на транзисторах и микросхемах

Усилители для наушников на транзисторах и микросхемах

Схема простейшего усилителя для наушников на транзисторах дана на поз. 1 рис. Звук – разве что для китайских «пуговок», работает в классе B. Экономичностью тоже не отличается – 13-мм литиевых батареек хватает на 3-4 часа при полной громкости. Към поз. 2 – TDAшная классика для наушников «на ход». Звук, впрочем, дает вполне приличный, до среднего Hi-Fi смотря по параметрам оцифровки трека. Любительским усовершенствованиям обвязки TDA7050 несть числа, но перехода звука на следующий уровень классности пока не добился никто: сама «микруха» не позволяет. TDA7057 (поз. 3) просто функциональнее, можно подключать регулятор громкости на обычном, не сдвоенном, потенциометре.

УМЗЧ для наушников на TDA7350 (поз. 4) рассчитан уже на раскачку хорошей индивидуальной акустики. Именно на этой ИМС собраны усилители для наушников в большинстве бытовых УМЗЧ среднего и высокого класса. УМЗЧ для наушников на KA2206B (поз. 5) считается уже профессиональным: его максимальной мощности в 2,3 Вт хватает и для раскачки таких серьезных изодинамических «лопухов», как ТДС-7 и ТДС-15.

На закуску

В заключение – полнейшая экзотика, усилитель для наушников… на лампах, см. рис., причем всего один канал, для другого нужны еще такие же раритеты. Хотя в этом усилителе реализованы едва ли не все ламповые ритуалы (кроме, пожалуй фиксированного смещения от батареек), он не только и не столько дань любезности вакуумным аудиофилам: при прослушивании на ТДС-7 через этот усилитель сквозного аналога звук, по сравнению с KA2206B, заметно улучшается.

Ламповый усилитель для наушников

Ламповый усилитель для наушников

Печат на всички материали с етикет:
дискусия:

  • 11.03.2017 в 19:44
    Николас каза (а):

    «В центре на том же рис. – простой УМЗЧ на транзисторах», который не может работать, так как VT4 нечем открывать, должна быть цепь, в простейшем случае — резистор, между его базой и нулём.

  • 17.02.2017 в 22:11
    Валери каза (а):

    Очень хорошая статья…

  • Излез

    Като кликнете върху бутона "Добавяне на коментар", приемам потребителското споразумение и декларацията за поверителност на сайта.